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专利号: 2021107638174
申请人: 青岛科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种机械臂求解方法,其特征在于,所述机械臂求解方法基于多目标全求解粒子群算法,包括如下步骤:初始化每个粒子,采用限域均匀分布方法设计初始化粒子群;

设计惯性权重对应的非线性函数;在设计学习因子中引入预设函数;在位置更新方程中,引入时间因子;

在预设目标约束条件下,对多目标函数进行优化改进;

根据所述预设目标中的至少一个预设要求,构建适应度函数;

所述初始化每个粒子,采用限域均匀分布方法设计初始化粒子群的步骤包括:

根据机械臂每个关节的角度限制,将每一维粒子群的初始值均匀分布在该范围内;

基于多目标全参数粒子群优化算法的n自由度机械臂逆运动学求解模型公式包括:

其中,F表示多目标函数,f1(ptar)表示位置误差函数,f2(etar)表示姿态误差函数,f3(θi)表示关节角度变化函数,θimin,θimax表示关节角的θi变化范围;xjd表示第j个粒子,pbest表示粒子的个体极值,gbest表示粒子的群体极值,vjd表示第j个粒子的速度,c1,c2表示学习因子,c1,c2∈[cmin,cmax],w表示惯性权重,w∈[wmin,wmax],r表示当前算法的迭代次数,N表示算法总的迭代次数;T表示时间因子,i表示自由度的数量;ptar,etar分别表示机械臂末端执行器的目标位置和姿态;qtar表示求解得到的机械臂各个关节角的角度值;θinit表示机器人各关节角的初始值;λi表示关节角θi的变化权重值,其中,λi的权重值根据机械臂的稳定性选取。

2.根据权利要求1所述的机械臂求解方法,其特征在于,所述在预设目标约束条件下,对多目标函数进行优化改进的步骤包括:在机械臂为n自由度的情况下,以位置误差最小、姿态误差最小以及各关节角度变化最小为目标,设计的多目标函数公式为:其中,F表示多目标函数,f1(ptar)表示位置误差函数,f2(etar)表示姿态误差函数,f3(θi)表示关节角度变化函数,θimin,θimax表示关节角的θi变化范围,其中n为最大自由度数,i为[0,n]的正整数。

3.根据权利要求1所述的机械臂求解方法,其特征在于,采用加权求和法设置关节角度变化函数,位置误差函数、姿态误差函数以及关节角度变化函数的数学描述如下:

4.根据权利要求1所述的机械臂求解方法,其特征在于,所述根据所述预设目标中的至少一个预设要求,构建适应度函数的步骤包括:至少一个预设要求包括机械臂的位置精度、姿态精度以及关节角度变化最小,建立位置精度、姿态精度和关节变化最小的适应度函数:其中,ptar=[px_tar,py_tar,pz_tar],etar=[ex_tar,ey_tar,ez_tar]分别表示机械臂目标位置和姿态信息,pcur=[px_cur,py_cur,pz_cur],exur=[ex_xur,ey_cur,ez_cur]表示机械臂实际位置和姿态信息,θinit表示机器人各关节角的初始值;λi表示关节角θi的变化权重值。