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基于量子粒子群优化算法的空间机器人非完整笛卡尔路径规划
  • ISSN号:0577-6686
  • 期刊名称:《机械工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP242[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:[1]哈尔滨工业大学控制科学与工程系,哈尔滨150001, [2]深圳航天东方红海特卫星有限公司,深圳518057, [3]哈尔滨工业大学深圳研究生院,深圳518055
  • 相关基金:国家自然科学基金(60805033); 国家高技术研究发展计划(863计划,2010AA7807014)资助项目
中文摘要:

利用自由漂浮空间机器人系统的非完整冗余特性,提出一种可使基座姿态和机械臂末端位姿同时到达期望状态的路径规划方法。该方法首先通过正弦多项式函数对机械臂关节角轨迹进行参数化,并根据基座姿态和机械臂末端位姿控制精度指标设计目标函数,由此,将自由漂浮空间机器人系统的非完整笛卡尔路径规划问题转换为非线性系统的优化问题。采用量子粒子群优化算法对非线性优化问题进行求解,将求解出的参数代入机械臂关节轨迹函数,即实现了非完整路径规划的目标。建立由飞行基座和6-DOF机械臂组成的空间机器人系统动力学模型,对所提出的方法进行仿真验证。试验结果表明,所提出的方法能够收敛于全局最优值,收敛速度快,所需调整参数少,且规划的关节路径满足关节角、角速度及角加速度的范围,关节路径平滑,适合于机械臂的控制。

英文摘要:

Based on the non-holonomic redundancy behavior of free-floating space robot system,a path planning approach is proposed to realize the Cartesian pose(position and attitude) of the end-effector,and the attitude of the spacecraft attaining the desired states simultaneously.The joint trajectories are parameterized by using sinusoidal polynomials functions and the cost function is proposed according to the accuracy requirements.The path planning problem is transformed to a nonlinear optimization problem.The quantum-behaved particle swarm optimization(QPSO)algorithm is employed to search for the global optimal resolution of the parameters variables.The parameters variables are taken into joint trajectories functions to realize non-holonomic path planning.A dynamic model of a space robot system composed of a spacecraft and a 6-DOF manipulator is developed,and the proposed method is verified by using this model.The simulation results show that this method is better than other approaches both in convergence rate and accuracy and the joints trajectories are very smooth and suitable for control.

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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