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基于多种群遗传算法的一般机器人逆运动学求解
  • ISSN号:0577-6686
  • 期刊名称:《机械工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP241[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室,武汉430074
  • 相关基金:国家自然科学基金(51535004,51323009)和中国博士后科学基金(2014M562013,2015T80789)资助项目
中文摘要:

几何结构不满足Pieper准则的机器人被称为一般机器人,其逆运动学运算不能采用封闭解法,而采用数值解法又需要庞大的计算量,且存在奇异位置无法求解的问题。为此,将多种群遗传算法应用于运动学逆解运算,提出一种适用于一般机器人的高精度并行求逆算法。为避免机器人位姿收敛精度不同,该算法将目标函数分解为位置和姿态函数,同时引入适应度函数权值系数来平衡两函数收敛速度;为避免局部收敛,该算法采用多点交叉和均匀交叉相结合的交叉算子,并逐步增大均匀交叉概率来抑制短子串偏差,使搜索趋于稳健;为提高收敛速度,该算法采用动态变异率的变异算子,以及种群替代和个体替代相结合的移民算子来克服全局收敛的盲目性。以封闭解法和数值解法无法求逆的6R一般机械臂为对象,开展与单种群遗传算法的对比试验,结果表明:该算法可在避免局部收敛的基础上保证算法稳定性,且能够大幅提升收敛精度和速度。

英文摘要:

If one robot does not meet the Pieper criterion,it is then called a general robot.In such case,the closed-form methods cannot be applied to solve the inverse kinematics problem,while the numerical methods may cause considerable computational load.To solve these issues,a multiple population genetic algorithm based inverse kinematics method is proposed.To achieve the same convergence accuracy between the position and the posture,the proposed method decomposes the objective function into position function and posture function,and introduces weight coefficients to balance the convergence rate of the two functions.To avoid local convergence,a crossover operator is applied,which combines multi-point crossover with uniform crossover.To accelerate the convergence rate,a mutation operator of dynamic mutation rate and a migration operator is utilized to overcome the blindness of global convergence.Taking a general 6R robotic manipulator as an example,experiments are conducted by using the single population genetic algorithm and the proposed method.The results indicate that the proposed method can not only guarantee the stability,avoid local convergence,but also improve the convergence accuracy and rate significantly.

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期刊信息
  • 《机械工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:宋天虎
  • 地址:北京百万庄大街22号
  • 邮编:100037
  • 邮箱:bianbo@cjmenet.com
  • 电话:010-88379907
  • 国际标准刊号:ISSN:0577-6686
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2187/TH
  • 邮发代号:2-362
  • 获奖情况:
  • 中国期刊奖,“中国期刊方阵”双高期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:58603