本文選題：可變形臂 + 旋量理論��； 參考：《機(jī)器人》2017年04期

【摘要】：為了更好地適應(yīng)家庭環(huán)境下的人機(jī)交互,設(shè)計(jì)了一款可根據(jù)任務(wù)需求相應(yīng)調(diào)整連桿形狀的四關(guān)節(jié)可變形操作臂.與傳統(tǒng)剛性臂相比,可變形臂具有靈巧度高、成本低和本質(zhì)安全等優(yōu)勢(shì),但臂形的任意性也會(huì)給操作臂運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解帶來(lái)額外的困難.針對(duì)可變形臂的空間點(diǎn)觸任務(wù),本文通過(guò)引入"點(diǎn)觸角"這一概念放松了末端執(zhí)行器的姿態(tài)約束,從而使原本欠驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解問(wèn)題轉(zhuǎn)化為了在滿足點(diǎn)觸位置約束下,以點(diǎn)觸角最小為優(yōu)化目標(biāo)的冗余臂逆解優(yōu)化問(wèn)題.針對(duì)該問(wèn)題的求解耗時(shí)和點(diǎn)觸精度,在旋量模型的基礎(chǔ)上分別提出了改進(jìn)的序列二次規(guī)劃法(SQP)和粒子群優(yōu)化(PSO)與Paden-Kahan(PSO-PK)子問(wèn)題混合算法.SQP方法直接在位置層面進(jìn)行非線性最優(yōu)化問(wèn)題求解,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該方法在臂形由特殊變?yōu)槿我鈺r(shí)求解耗時(shí)幾乎不會(huì)增加,求解效率高,對(duì)可變形臂的在線實(shí)時(shí)控制具有一定意義;同時(shí)利用分層搜索法進(jìn)行初值設(shè)定可以降低該算法陷入局部極值的概率.PSO-PK算法利用Paden-Kahan子問(wèn)題法的解析逆解對(duì)粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行降維,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法能夠在保證點(diǎn)觸位置無(wú)誤差的情況下獲得穩(wěn)定的最小點(diǎn)觸角,從而使點(diǎn)觸性能得到提高.
[Abstract]:In order to better adapt to the human-computer interaction in the home environment, a four-joint deformable manipulator is designed, which can adjust the shape of the connecting rod according to the task requirements. Compared with the traditional rigid arm, the deformable arm has the advantages of high dexterity, low cost and essential safety, but the arbitrariness of the arm will bring additional difficulties to the inverse kinematics solution of the manipulator. In view of the space point contact task of deformable arm, the concept of "point antennae" is introduced to relax the attitude constraint of the terminal actuator, so that the inverse kinematics solution problem, which was originally underactuated, can be transformed to meet the point contact position constraint. Inverse solution of redundant arm with minimum antenna as optimization target. In view of the time consuming and point contact accuracy of solving the problem, Based on the spinor model, an improved sequential quadratic programming method (SQP) and particle swarm optimization (PSO) and Paden-Kahanen PSO-PKK (mixed algorithm) are proposed to solve the nonlinear optimization problem directly at the position level. The experimental results show that the time consuming of the method is almost no longer increased when the arm shape is changed from special to arbitrary, and the solution efficiency is high, which is significant for on-line real-time control of deformable arm. At the same time, using hierarchical search method to set the initial value can reduce the probability of the algorithm falling into local extremum. PSO-PK algorithm reduces the dimension of particle swarm optimization algorithm by using the analytical inverse solution of Paden-Kahan subproblem method. The algorithm can obtain stable minimum antennae without error of point contact position, so that the performance of point contact can be improved.
【作者單位】： 南開(kāi)大學(xué)機(jī)器人與信息自動(dòng)化研究所;天津市智能機(jī)器人技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(61375087) 天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(15JCZDJC31200)
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：1922953