基于﹢PSO優(yōu)化算法的空間機械臂振動抑制研究

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1、第22卷第1期載人航天Vol.22No.12016年2月MannedSpaceflightFeb.2016基于PSO優(yōu)化算法的空間機械臂振動抑制研究112辛鵬飛,榮吉利,楊永泰(1.北京理工大學宇航學院力學系,北京100081;2.泉州裝備制造研究所,中科院海西研究院,泉州362000)摘要:針對空間柔性機械臂的末端殘余振動抑制問題,提出了一種基于逆運動學分析和粒子群優(yōu)化算法的柔性機械臂笛卡爾空間軌跡規(guī)劃和振動抑制的新方法。采用自然坐標法和絕對節(jié)點坐標法分別對柔性關節(jié)、柔性臂桿進行動力學建模,最終得到全面考慮柔性特性的柔性機械臂動力學模型;針對機械臂末端笛卡爾空間“點到

2、點”和“靜止到靜止”的規(guī)劃運動,采用五次多項式函數(shù)對末端軌跡進行離散規(guī)劃,并通過逆運動學理論分析求解得到含冗余參數(shù)的關節(jié)空間電機轉(zhuǎn)動軌跡;采用粒子群優(yōu)化算法(PSO),將滿足機械臂末端振動最小化的軌跡規(guī)劃問題轉(zhuǎn)換為待定冗余參數(shù)的優(yōu)化問題,并迭代優(yōu)化求解該參數(shù);最后以三自由度柔性機械臂開展仿真研究。仿真結(jié)果表明,提出的規(guī)劃方法具有很高的收斂速度,節(jié)約了計算時間;能夠?qū)崿F(xiàn)預定的機械臂軌跡規(guī)劃;對機械臂末端點的殘余振動能夠進行有效地抑制。關鍵詞:柔性機械臂;軌跡規(guī)劃;振動抑制;逆運動學;粒子群算法中圖分類號:O313暢7文獻標識碼:A文章編號: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

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