基于遺傳算法的機(jī)械手臂關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃研究

文:2017年第一期

引言

機(jī)械手臂作為自動(dòng)化設(shè)備中的一個(gè)重要組成部分,以其操作靈活性,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療服務(wù)、軍事科技等各個(gè)方面。對(duì)于不同的工作工作環(huán)境,我們要對(duì)機(jī)械手臂的各個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行具體的軌跡規(guī)劃,從而得到機(jī)械手臂末端的位姿,因此,對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行精確快速的軌跡規(guī)劃就顯得尤為重要。機(jī)械手臂關(guān)節(jié)空間的軌跡跟蹤就是通過(guò)控制各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度等變量使機(jī)械手臂沿期望軌跡運(yùn)動(dòng)。

3.實(shí)驗(yàn)研究

3.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及模型建立

本文的研究對(duì)象CytonII型機(jī)械手臂是具有六個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的六自由度機(jī)械手臂。其三維模型如圖1所示。根據(jù)D-H法建立的坐標(biāo)系圖如圖2所示。

圖1 CytonII型機(jī)械手臂的三維模型

圖2 機(jī)械手臂坐標(biāo)系示意圖

表1機(jī)械手臂連桿參數(shù)表

連桿

轉(zhuǎn)角變量θn

連桿

間距dn

連桿長(zhǎng)度an

連桿扭角ɑn

連桿1

θ1

d1

0

  0°

連桿2

θ2

0

a2

 90°

連桿3

θ3

d3

0

  0°

連桿4

θ4

0

a4

 90°

連桿5

θ5

d5

0

  0°

連桿6

θ6

0

0

 90°

3.2遺傳算法應(yīng)用步驟

(1)輸入一組型值點(diǎn)作為初始值,其中包括機(jī)械手臂的起始點(diǎn)和終止點(diǎn),要求經(jīng)過(guò)的路徑點(diǎn)的坐標(biāo)。

(2)定義適應(yīng)度函數(shù)

本文采用四次Bezier曲線擬合隨機(jī)產(chǎn)生N個(gè)控制點(diǎn),同時(shí)按照給定型值點(diǎn)的數(shù)目產(chǎn)生N-2個(gè)節(jié)點(diǎn)向量,用于分析誤差??刂祈旤c(diǎn)的數(shù)量若無(wú)指定一般為四個(gè),本文采用最小二乘法計(jì)算誤差,即逼近曲線的節(jié)點(diǎn)和用戶指定型值點(diǎn)之間的距離最小。由m個(gè)Bezier曲線節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和實(shí)際跟蹤曲線的積累誤差產(chǎn)生的距離為

(3)確定操作策略和種群規(guī)模M、交叉概率Pc、變異概率Pm,本文中Pc=0.5,Pm=0.1。

(4)產(chǎn)生初始群體,計(jì)算初始種群的個(gè)體適應(yīng)度,并對(duì)適應(yīng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì),保留最優(yōu)解。

(5)對(duì)適應(yīng)度高的個(gè)體運(yùn)用交叉、變異等方法進(jìn)行重組,產(chǎn)生新的種群。

(6)返回步驟(4)對(duì)新種群計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度。

(7)若計(jì)算種群適應(yīng)度函數(shù)收斂,則停止遺傳,否則繼續(xù)產(chǎn)生新的種群,預(yù)計(jì)最大進(jìn)化代數(shù)Tmax=100。

(8)利用Matlab繪制實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.3仿真實(shí)驗(yàn)

當(dāng)機(jī)械手臂末端在直角坐標(biāo)空間中從一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一點(diǎn)時(shí),由已知的起始點(diǎn),終止點(diǎn)以及軌跡經(jīng)過(guò)的中間點(diǎn),通過(guò)機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解可求出各關(guān)節(jié)的型值點(diǎn)。本文中各型值點(diǎn)的坐標(biāo)如下表2所示。

表2節(jié)點(diǎn)的數(shù)值表

節(jié)點(diǎn)(rad)

  關(guān)節(jié)1 

關(guān)節(jié)2

關(guān)節(jié)3

關(guān)節(jié)4

關(guān)節(jié)5

關(guān)節(jié)6

1

-0.4488

-0.6283

1.0472

-1.5708

0.5236

0.7854

2

-0.4360

-0.6185

1.0421

-1.5540

0.5124

0.7652

3

-0.3622

-0.5616

1.0125

-1.4571

0.4478

0.6489

4

-0.2048

-0.4405

0.9496

-1.2506

0.3101

0.4011

5

0.0261

-0.2627

0.8572

-0.9475

0.1081

0.0374

6

7

0.2992

0.5723

-0.0524

0.1579

0.7480

0.6388

-0.5890

-0.2306

-0.1309

-0.3699

-0.3927

-0.8228

8

9

10

11

0.8032

0.9605

1.0344

1.0472

0.3357

0.4569

0.5137

0.5236

0.5464

0.4835

0.4539

0.4488

0.0725

0.2790

0.3759

0.3927

-0.5719

-0.7096

-0.7742

-0.7854

-1.1865

-1.4343

-1.5506

-1.5708

圖3~圖8分別是機(jī)械手臂六個(gè)關(guān)節(jié)的位移,角速度以及角加速度仿真曲線。從仿真結(jié)果可以看出,采用本文提出的方法能夠使機(jī)械手臂運(yùn)行穩(wěn)定,軌跡路徑平滑連續(xù)。

圖3關(guān)節(jié)1的角位移,角速度,角加速度曲線

圖4關(guān)節(jié)2的角位移,角速度,角加速度曲線

圖5關(guān)節(jié)3的角位移,角速度,角加速度曲線

圖6關(guān)節(jié)4的角位移,角速度,角加速度曲線

圖7關(guān)節(jié)5的角位移,角速度,角加速度曲線

圖8關(guān)節(jié)6的角位移,角速度,角加速度曲線

4.結(jié)語(yǔ)

本文研究的軌跡規(guī)劃方法主要是利用Bezier曲線對(duì)基于關(guān)節(jié)空間的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行逼近,同時(shí)利用遺傳算法具有全局性,并行性等特點(diǎn)針對(duì)機(jī)械手臂要求運(yùn)行平穩(wěn),反應(yīng)及時(shí)等特點(diǎn)對(duì)軌跡規(guī)劃進(jìn)行了優(yōu)化,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明,經(jīng)過(guò)遺傳算法優(yōu)化對(duì)關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃,不僅使軌跡平滑連續(xù),而且提高了機(jī)械手臂運(yùn)行的穩(wěn)定性。

更多資訊請(qǐng)關(guān)注工業(yè)機(jī)器人頻道

中傳動(dòng)網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:

凡本網(wǎng)注明[來(lái)源:中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨(dú)家所有。如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個(gè)人轉(zhuǎn)載使用時(shí)須注明來(lái)源“中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。

本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來(lái)源的稿件,均來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留稿件來(lái)源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。

如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問(wèn)題,請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。

伺服與運(yùn)動(dòng)控制

關(guān)注伺服與運(yùn)動(dòng)控制公眾號(hào)獲取更多資訊

直驅(qū)與傳動(dòng)

關(guān)注直驅(qū)與傳動(dòng)公眾號(hào)獲取更多資訊

中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)

關(guān)注中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)公眾號(hào)獲取更多資訊

2017年第一期

2017年第一期

圖片閱讀

掃碼關(guān)注小程序

時(shí)刻關(guān)注行業(yè)動(dòng)態(tài)

雜志訂閱

填寫郵件地址,訂閱更多資訊:

撥打電話咨詢:13751143319 余女士
郵箱:chuandong@chuandong.cn

熱搜詞
  • 運(yùn)動(dòng)控制
  • 伺服系統(tǒng)
  • 機(jī)器視覺(jué)
  • 機(jī)械傳動(dòng)
  • 編碼器
  • 直驅(qū)系統(tǒng)
  • 工業(yè)電源
  • 電力電子
  • 工業(yè)互聯(lián)
  • 高壓變頻器
  • 中低壓變頻器
  • 傳感器
  • 人機(jī)界面
  • PLC
  • 電氣聯(lián)接
  • 工業(yè)機(jī)器人
  • 低壓電器
  • 機(jī)柜
回頂部
點(diǎn)贊 0
取消 0
往期雜志
  • 2024年第四期

    2024年第四期

    伺服與運(yùn)動(dòng)控制

    2024年第四期

  • 2024年第三期

    2024年第三期

    伺服與運(yùn)動(dòng)控制

    2024年第三期

  • 2024年第二期

    2024年第二期

    伺服與運(yùn)動(dòng)控制

    2024年第二期

  • 2024年第一期

    2024年第一期

    伺服與運(yùn)動(dòng)控制

    2024年第一期

  • 2023年第六期

    2023年第六期

    伺服與運(yùn)動(dòng)控制

    2023年第六期