本文選題：可變形臂 + 旋量理論　； 參考：《機器人》2017年04期

【摘要】：為了更好地適應家庭環(huán)境下的人機交互,設計了一款可根據(jù)任務需求相應調整連桿形狀的四關節(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、成本低和本質安全等優(yōu)勢,但臂形的任意性也會給操作臂運動學逆解帶來額外的困難.針對可變形臂的空間點觸任務,本文通過引入"點觸角"這一概念放松了末端執(zhí)行器的姿態(tài)約束,從而使原本欠驅動的運動學逆解問題轉化為了在滿足點觸位置約束下,以點觸角最小為優(yōu)化目標的冗余臂逆解優(yōu)化問題.針對該問題的求解耗時和點觸精度,在旋量模型的基礎上分別提出了改進的序列二次規(guī)劃法(SQP)和粒子群優(yōu)化(PSO)與Paden-Kahan(PSO-PK)子問題混合算法.SQP方法直接在位置層面進行非線性最優(yōu)化問題求解,實驗結果顯示該方法在臂形由特殊變?yōu)槿我鈺r求解耗時幾乎不會增加,求解效率高,對可變形臂的在線實時控制具有一定意義;同時利用分層搜索法進行初值設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子問題法的解析逆解對粒子群優(yōu)化算法進行降維,實驗結果表明,該算法能夠在保證點觸位置無誤差的情況下獲得穩(wěn)定的最小點觸角,從而使點觸性能得到提高.
[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】： 南開大學機器人與信息自動化研究所;天津市智能機器人技術重點實驗室;
【基金】：國家自然科學基金(61375087) 天津市應用基礎與前沿技術研究計劃重點項目(15JCZDJC31200)
【分類號】：TP242

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本文編號：1922953