基于多种群遗传算法的一般机器人逆运动学求解.pdf

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1、第53卷第3期机械工程学报Vol.53No.32017年2月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGFeb.2017DOI：10.3901/JME.2017.03.001*基于多种群遗传算法的一般机器人逆运动学求解林阳赵欢丁汉(华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074)摘要：几何结构不满足Pieper准则的机器人被称为一般机器人，其逆运动学运算不能采用封闭解法，而采用数值解法又需要庞大的计算量，且存在奇异位置无法求解的问题。为此，将多种群遗传算法应用于运动学逆解运算，提出一种适用于一般机器人的高精度并行求逆算法。为避免机器人位姿收敛

2、精度不同，该算法将目标函数分解为位置和姿态函数，同时引入适应度函数权值系数来平衡两函数收敛速度；为避免局部收敛，该算法采用多点交叉和均匀交叉相结合的交叉算子，并逐步增大均匀交叉概率来抑制短子串偏差，使搜索趋于稳健；为提高收敛速度，该算法采用动态变异率的变异算子，以及种群替代和个体替代相结合的移民算子来克服全局收敛的盲目性。以封闭解法和数值解法无法求逆的6R一般机械臂为对象，开展与单种群遗传算法的对比试验，结果表明：该算法可在避免局部收敛的基础上保证算法稳定性，且能够大幅提升收敛精度和速度。关键词：一般机器人；运动学逆解；多种群遗传算法；改进操作算子中图分类号：TP241S

3、olutionofInverseKinematicsforGeneralRobotManipulatorsBasedonMultiplePopulationGeneticAlgorithmLINYangZHAOHuanDINGHan(StateKeyLaboratoryofDigitalManufacturingEquipmentandTechnology,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074)Abstract：IfonerobotdoesnotmeetthePiepercriterion,itisthe

4、ncalledageneralrobot.Insuchcase,theclosed-formmethodscannotbeappliedtosolvetheinversekinematicsproblem,whilethenumericalmethodsmaycauseconsiderablecomputationalload.Tosolvetheseissues,amultiplepopulationgeneticalgorithmbasedinversekinematicsmethodisproposed.Toachievethesameconvergenceaccu

5、racybetweenthepositionandtheposture,theproposedmethoddecomposestheobjectivefunctionintopositionfunctionandposturefunction,andintroducesweightcoefficientstobalancetheconvergencerateofthetwofunctions.Toavoidlocalconvergence,acrossoveroperatorisapplied,whichcombinesmulti-pointcrossoverwithun

6、iformcrossover.Toacceleratetheconvergencerate,amutationoperatorofdynamicmutationrateandamigrationoperatorisutilizedtoovercometheblindnessofglobalconvergence.Takingageneral6Rroboticmanipulatorasanexample,experimentsareconductedbyusingthesinglepopulationgeneticalgorithmandtheproposedmethod.

7、Theresultsindicatethattheproposedmethodcannotonlyguaranteethestability,avoidlocalconvergence,butalsoimprovetheconvergenceaccuracyandratesignificantly.Keywords：generalrobot；inversekinematics；multiplepopulationgeneticalgorithm；improvedoperatingoperator器人动态特性分析、路径和运动规划