基于﹢PSO优化算法的空间机械臂振动抑制研究

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1、第２２卷第１期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．１２０１６年２月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＦｅｂ．２０１６基于ＰＳＯ优化算法的空间机械臂振动抑制研究１１２辛鹏飞，荣吉利，杨永泰（１．北京理工大学宇航学院力学系，北京１０００８１；２．泉州装备制造研究所，中科院海西研究院，泉州３６２０００）摘要：针对空间柔性机械臂的末端残余振动抑制问题，提出了一种基于逆运动学分析和粒子群优化算法的柔性机械臂笛卡尔空间轨迹规划和振动抑制的新方法。采用自然坐标法和绝对节点坐标法分别对柔性关节、柔性臂杆进行动力学建模，最终得到全面考虑柔性特性的柔性机械臂动力学模型；针对机械臂末端笛卡尔空间“点到

2、点”和“静止到静止”的规划运动，采用五次多项式函数对末端轨迹进行离散规划，并通过逆运动学理论分析求解得到含冗余参数的关节空间电机转动轨迹；采用粒子群优化算法（ＰＳＯ），将满足机械臂末端振动最小化的轨迹规划问题转换为待定冗余参数的优化问题，并迭代优化求解该参数；最后以三自由度柔性机械臂开展仿真研究。仿真结果表明，提出的规划方法具有很高的收敛速度，节约了计算时间；能够实现预定的机械臂轨迹规划；对机械臂末端点的残余振动能够进行有效地抑制。关键词：柔性机械臂；轨迹规划；振动抑制；逆运动学；粒子群算法中图分类号：Ｏ３１３畅７文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１６）０

3、１-００２３-０６ResearchonVibrationSuppressionofSpaceManipulatorBasedonPSOAlgorithm１１２ＸＩＮＰｅｎｇｆｅｉ，ＲＯＮＧＪｉｌｉ，ＹＡＮＧＹｏｎｇｔａｉ（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ；２．ＱｕａｎｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＨａｉｘｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏ

4、ｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ３６２０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｆｏｒｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＰＳＯ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎＣａｒｔｅｓｉａｎｓｐａｃｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｎａｔｕｒａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ（ＮＣＦ）ａｎｄａｂｓｏｌｕｔｅｎｏｄａｌｃｏｏｒｄｉ-ｎ

5、ａｔｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ（ＡＮＣＦ）ｗｅｒｅｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｍｏｄｅｌｆｌｅｘｉｂｌｅｊｏｉｎｔｓａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅｌｉｎｋｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｂａｓｅｄｏｎｄｙｎａｍｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｎｔｈｅｐｏｉｎｔ-ｔｏ-ｐｏｉｎｔａｎｄｒｅｓｔ-ｔｏ-ｒｅｓｔｐｌａｎｎｉｎｇｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｎｄｐｏｉｎｔｏｆｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｎｔｈｅＣａｒｔｅｓｉａｎｓｐａｃｅ，ｔｈｅｆｉｆｔｈ-ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｗａｓｕｓｅｄｔｏｄｉｓｃｒｅｔｅｔｈｅｐｌａｎｎｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｉｎｖｅｒｓ

6、ｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｗａｓｓｏｌｖｅｄｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｊｏｉｎｔｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｒｅｄｕｎｄａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｔｈｅｊｏｉｎｔｓｐａｃｅ．ＵｓｉｎｇｔｈｅＰＳＯａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｍｉｎｉｍｉ-ｚｉｎｇｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎａｔｔｈｅｅｎｄｐｏｉｎｔｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗａｓｃｏｎｖｅｒｔｅｄｉｎｔｏａｎｏｐｔｉｍｉｚａ-ｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｒｅｄｕｎｄａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗｉｔｈｔｈｒｅｅ

7、ｄｅｇｒｅｅｓｏｆｆｒｅｅｄｏｍｗａｓｍｏｄｅｌｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｐｌａｎｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｈａｄｈｉｇｈｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｓｐｅｅｄ，ｔｈｕｓｃｏｕｌｄｓａｖｅｔｈｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇｔｉｍｅｇｒｅａｔｌｙ；Ｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｃｏｕｌｄａｃｈｉｅｖｅｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｖｉ-ｂｒａ