基于天牛须搜索与差分进化的机械臂逆解研究
Research of Inverse Solution of Manipulator based on Beetle Antennae Search and Differential Evolution
- 机械传动 2022年46卷第7期 页码：24-30
- 作者机构：
1.北京信息科技大学 机电工程学院， 北京 100192
- 作者简介：
沈孝龙（1994— ），男，江苏淮安人，硕士研究生；主要研究方向为机器人感知与控制、智能优化算法。
王吉芳（1963— ），女，北京市人，硕士生导师，教授；主要研究方向为智能装备及机器人应用技术、机电系统测控技术。
- 基金信息：北京信息科技大学促进高校内涵发展重点培育项目(5212010925)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2022.07.004
中图分类号：
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沈孝龙,王吉芳.基于天牛须搜索与差分进化的机械臂逆解研究[J].机械传动,2022,46(07):24-30.
Shen Xiaolong,Wang Jifang.Research of Inverse Solution of Manipulator based on Beetle Antennae Search and Differential Evolution[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(07):24-30.
沈孝龙,王吉芳.基于天牛须搜索与差分进化的机械臂逆解研究[J].机械传动,2022,46(07):24-30. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.07.004.
Shen Xiaolong,Wang Jifang.Research of Inverse Solution of Manipulator based on Beetle Antennae Search and Differential Evolution[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(07):24-30. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.07.004.
摘要
为简化机械臂逆运动学求解方法与提高解的精度，增强方法的普适性，利用智能优化算法，将运动学逆解变为最优化问题。首先，根据正运动学方程建立末端位姿误差目标函数，结合最佳柔顺性与能耗约束构建适应度函数，使机械臂在满足位姿误差要求时还具有最佳柔顺性与较低能量消耗；为使位置和姿态收敛精度统一并控制进化方向，引入位姿平衡系数与位姿误差调节系数；其次，把个体寻优出色的天牛须搜索与群体优化性能出色的差分进化算法融合，以此提高算法的收敛精度与速度；最后，对6R机械臂与冗余机械臂进行了逆解实验。结果表明，所提算法收敛精度高、速度快、通用性好。
Abstract
In order to simplify the solution method of inverse kinematics of the manipulator， improve the accuracy of the solution， and enhance the universality of the method， the intelligent optimization algorithms are used to turn the inverse kinematic solution into an optimization problem. Firstly， the objective function of the end pose error according to the positive kinematic equation is established， and the best flexibility and energy consumption constraints to construct the fitness function are combined so that the manipulator has the best flexibility and lower energy consumption when meeting the requirements of the pose error； In order to unify the accuracy of position and attitude convergence and control the evolution direction， the pose balance coefficient and the pose error adjustment coefficient are introduced； Then， the individual optimization of the beetle search with excellent performance in group optimization is integrated with the differential evolution algorithm， so as to improve the convergence accuracy and speed of the algorithm； Finally， inverse solution experiments are conducted on the 6R manipulator and the redundant manipulator. The results show that the proposed algorithm has high convergence accuracy， a fast speed and a good versatility.
关键词
冗余机械臂运动学逆解差分进化算法天牛须搜索最佳柔顺准则
Keywords
Redundant manipulatorInverse kinematic solutionDifferential evolution algorithmBeetle antennae searchOptimal compliance criterion
references
SICILIANO B，KHATIB O.Springer handbook of robotics［M］.Berlin：Springer，2008：84-85.
克雷格 J.机器人学导论［M］.4版.北京：机械工业出版社，2018：73-81.
CRAIG J.Introduction to robotics［M］.4th ed.Beijing：China Machine Press，2018：73-81.
冯晨旭，胡三宝.基于改进天牛须搜索的机械臂运动学逆解［J］.武汉大学学报（工学版），2020，53（12）：1121-1128.
FENG Chenxu，HU Sanbao.Research on mechanical arms in mechanical arms based on improved tianshu［J］.Journal of Wuhan University（Engineering Edition），2020，53（12）：1121-1128.
石建平，李培生，刘国平，等.基于改进克隆选择算法的机械臂运动学逆解［J］.计算机集成制造系统，2021，27（10）：2929-2939.
SHI Jianping，LI Peisheng，LIU Guoping，et al.Research on mechanical arms based on improved cloning selection algorithm［J］.Computer Integrated Manufacturing System，2021，27（10）：2929-2939.
谢习华，范诗萌，周烜亦，等.基于改进差分进化算法的机械臂运动学逆解［J］.机器人，2019，41（1）：50-57.
XIE Xihua，FAN Shimeng，ZHOU Xuanyi，et al.Reverse dismissal of mechanical arm in mechanical arm based on improved differential evolutionary algorithm［J］.Robot，2019，41（1）：50-57.
汤双清，华恒，丁小慧.改进差分进化算法在四杆机构中的应用［J］.机械，2021，48（1）：1-5.
TANG Shuangqing，HUA Heng，DING Xiaohui.Application of improved differential evolution algorithm in four board mechanism［J］.Machinery，2021，48（1）：1-5.
赵玉强，钱谦，周田江，等.天牛须搜索与遗传的混合算法［J］.小型微型计算机系统，2020，41（7）：1438-1445.
ZHAO Yuqiang，QIAN Qian，ZHOU Tianjiang，et al.Hybrid algorithm for search of Tian Niu buli［J］.Journal of Chinese Computer System，2020，41（7）：1438-1445.
石建平，刘鹏，陈冬云.基于改进粒子群优化算法的冗余机械臂逆运动学求解［J］.机械传动，2021，45（2）：69-75.
SHI Jianping，LIU Peng，CHEN Dongyun.Redundant arms based on improved particle columns optimization algorithm［J］.Journal of Mechanical Transmission，2021，45（2）：69-75.
TABANDEH S.An adaptive niching genetic algorithm approach for generating multiple solutions of serial manipulator inverse kinematics with applications to modular robots［J］.Robotica，2010，28（4）：493-507.
李进，刘璇，张建华，等.基于RBF神经网络间接求取运动学逆解的研究［J］.机床与液压，2019，47（23）：32-37.
LI Jin，LIU Xuan，Zhang Jianhua，et al.Study on the reverse solution of indirect search based on RBF neural network［J］.Machine Tool &Hydraulics，2019，47（23）：32-37.
STORN R，PRICE K.Differential evolution-a simple and efficient heuristic for global optimization over continuous spaces［J］.Journal of Global Optimization，1997，11（4）：341-359.
张源，陶翼飞，王加冕.改进差分进化算法求解混合流水车间调度问题［J］.中国机械工程，2021，32（6）：714-720.
ZHANG Yuan，TAO Yifei，WANG Jiamian.Improved differential evolution algorithm solving mixed workshop scheduling problem［J］.China Mechanical Engineering，2021，32（6）：714-720.
DAS S，SUGANTHAN P N.Differential evolution：a survey of the state-of-the-art［J］.IEEE Transactionson Evolutionary Computation，2011，15（1）：4-31.
丁青锋，尹晓宇.差分进化算法综述［J］.智能系统学报，2017，12（4）：431-442.
DING Qingfeng，YIN Xiaoyu.Summary of differential evolution algorithm［J］.CAAI Transactions on Intelligent Systems，2017，12（4）：431-442.
廖列法，杨红.天牛须搜索算法研究综述［J］.计算机工程与应用，2021，57（12）：54-64.
LIAO Liefa，YANG Hong.Research on search algorithm research in tiansault［J］.Computer Engineering and Applications，2021，57（12）：54-64.
ALEBOOYEH M，URBANIC J R.Neural network model for identifying workspace，forward and inverse kinematics of the 7-DOF yumi 14000 ABB collaborative robot［J］.IFAC-Papers Online，2019，52（10）：176-181.
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