基于蚁群算法的机械臂逆问题的求解

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1、通信论坛计算机与网络创新生活基于蚁群算法的机械臂逆问题的求解刘伟齐晓慧(军械工程学院光学与电子工程系河北石家庄O50OO3)【摘要】机械手臂是一个复杂、强耦合、非线性的系统，其运动学逆问题的求解常常是一个多解或无解的过程，传统方法求解较为困难，本文将其转化为连续性空间的优化问题，并应用蚁群优化算法对其进行求解。蚁群优化算法是随机搜索、全局优化的算法，不仅能够很好地解决任意的优化组合问题，还能较好地解决连续性空间解的优化问题。通过MATLAB仿真求解，证实了该算法的优越性，分析了参数的设置对蚁群优化算法性能的影

2、响。[关键词】机械手臂逆问题蚁群算法仿真中图分类号：TP273．3文献标识码：A文章编号：1o08—1739(2o08)23—46—3S0luti0nt0Manipulat0rAmsReVersenematicsBased0nAntC0l0nyOptimizati0nLIUWeiQIxiao—hl1i(DeparnnentofopdcalandElectrica1Enginee血g，0rdnanceEnginee血gCoUege，siauangHebei050003，Cha)Abstract：Themapl1

3、latora肌isacomplex，s仃oI培coupliI1gandnoI1lmears七em．ThesoMngofchemaIlipula七0rannsreversekif1emadcsisaprocessd1atproducesexcessiveresulbornoresult．Itisdi伍ctllt的deal、Ⅳiththeproblemwi出tradidonalme出0d．ThispapertranSf0nllStpr0b1emtoanoptiIIlization0ne，aIlds0lvesd1e

4、pmblemthantc01onyopdrnjdon(Aco)．ACoisamndomsearchandoba1opna1goritllIn．Itsnotordyable七0solvetllepr0blemofcombimd0nalop血llizadon，buta1Soable七0solvedlepr0blemiIlcon曲uousspace．Tllispaper，resortingtoM

5、ATLABf0rsimuladon，pr0ves七hesuperioricyofAc0，andarlalyzestlle

6、afectofparameterSsettiI1gonmeperf0nmnceofACo．Keyw0rds：maI1ipulatorarm；reversekiI1emadcs；Ac0；sirnulation2机械手臂的数学建模1引言机械手臂是一个多自由度的空间结构，如图1所示机械机器人得到了越来越广泛的应用，已经涉及到了工业、国手臂的模型。关节O的旋转轴平行于杆1；关节1，关节2和关防、宇宙空间、海洋开发、抢险救灾、医疗康复等领域，并逐渐节3的旋转轴垂直于平面。目前机械手臂的数学模型多数采进入人类生活的各个方

7、面。在机器人工业应用中，仿人机器人用D—H的方法来描述【1】。分别以基座。点，关节1，关节2和的研究成为当今的热点，其中以机器人手臂的研究最多。机械关节3为坐标原点，建立相应的坐标系，在根据相邻杆之间的手臂是一个多变量、强耦合、非线性的系统，其运动学研究主角度变量a1，a2和a3。以及杆1，杆2。杆3和杆4的长度，求出要包括2个问题：一是给定机器人各关节角度，要求计算机器相邻坐标系之间的坐标转换矩阵T⋯T，，和T，目，坐标转换关人手爪的位置和姿态，称为正问题，即数学建模；二是由手爪系为：P。：T。TT3P，，

8、式中，P。是手臂末端相对于基座坐标系的位置和姿态确定机器手臂各个关节的角度量，这称为逆问的坐标点，P是相对于关节3坐标系的坐标点。题。本文将逆问题转化为优化问题，应用蚁群优化算法对机械机械手臂的各个连杆长度已定，机械手臂末端相对于基手臂的运动学逆问题的求解作一下探讨，并基于MAT进座的坐标就由a1，a2和a3三个角度变量决定。因此，求运动学行仿真实验。的逆问题也就是要确定各个关节的角度变量。关于逆问题的求解方法有：符号解、几何解和数值算法。前2种解法简单，有具体的解法公式，但不同的机械手臂要有不同的求解公式，

9、因定稿日期：2OO8—11一l2《计算机与网络》2008年第23期通信论坛计算机与潮络创新生活47一一F。／a2期望值的计算：，UU0i。。式中，u=F一F．咖，FinliIl为在区域i的最小目标函数值。在区域i的蚂蚁k的转移规则为：I：{一，jEn1xl12xI13，且j≠i图1机械手臂的模型式中，qEN(0，1)，q0为一个常数，且0≤q0≤1。此，这2种解法有局限性。使用较多的是数值解法，而数