[发明专利]一种基于改进鲸鱼优化算法的三关节绳驱连续型机械臂逆运动学快速求解方法

说明书

本发明公开了一种基于改进鲸鱼优化算法的三关节绳驱连续型机械臂逆运动学快速求解方法，将机械臂末端位姿和目标位姿之间的误差作为距离模型，利用基于Tent映射的种群初始化以及改进控制参数的改进鲸鱼优化算法对目标函数进行优化，实现了快速求关节空间逆解的目标，在原算法的基础上进一步提升了求逆解的全局搜索能力、加快了收敛速度，同时考虑连续型机械臂三关节之间的运动耦合，通过几何分析建立数学模型，得到了耦合量，通过解耦最终确定了驱动空间绳长的变化量，实现了关节空间到驱动空间的逆运动学求解，提高了逆运动学模型的精度。

技术领域

本发明属于绳驱连续型机械臂领域，具体涉及一种基于改进鲸鱼优化算法的三关节绳驱连续型机械臂逆运动学快速求解方法。

背景技术

机械臂具有高效、灵活等优点，被广泛应用于工业、军事、医疗及航空航天等领域，以代替人力完成高难度、高精度、复杂危险的工作。传统的机械臂大多采用刚性结构，来降低工作中定位的难度和误差，但这类机械臂往往体积大、灵活性差，操作空间有限，难以适应一些非结构化的工作环境，如核电站的检修和维护、飞机机翼的装配维修及微创手术等场景。近年来，随着仿生机械的火热，模仿自然界中具有高灵活度的动物，如蛇、象鼻、章鱼触手等连续型机械臂是一种典型的仿生机械。连续型机械臂具有连续灵活的机械结构，具有重量轻，灵敏度高，控制灵活、柔韧性强、耦合力强等优点，在一些复杂狭窄的工作空间中执行任务时能够灵活躲避各种障碍。

利用连续型机械臂的分段常曲率建立的正运动学模型结构非常复杂，很难像传统刚性机械手那样得到运动学逆解。使用雅可比和牛顿迭代方法所求的数值解面临着雅可比难找且计算周期长的问题。因此，为连续型机械臂寻找一种新的逆运动学快速求解的方法，对于连续型机械臂的快速控制具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于改进鲸鱼优化算法的三关节绳驱连续型机械臂逆运动学快速求解方法。

实现本发明目的的具体技术方案为：

一种基于改进鲸鱼优化算法的三关节绳驱连续型机械臂逆运动学快速求解方法，包括以下步骤：

步骤1、构建三关节绳驱连续型机械臂的参数化模型；

步骤2、根据构建的三关节绳驱连续型机械臂模型的末端位姿与目标位姿之间的距离构建距离模型；

步骤3、基于改进的鲸鱼优化算法确定步骤2中的距离模型的最优解；

步骤4、确定三关节连续型机械臂各个关节之间的耦合量，通过几何模型分析，对关节空间到驱动空间的映射进行解耦，确定每根驱动绳的绳长变化量，完成三关节绳驱连续型机械臂的逆运动学解求解。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的三关节绳驱连续型机械臂逆运动学求解方法，将机械臂末端位置和目标位置之间的误差作为目标函数，利用改进鲸鱼优化算法进行优化，能够避免求解复杂的解析公式，有效得到逆运动学解；

(2)本发明的三关节绳驱连续型机械臂逆运动学的求解方法，考虑到了三关节连续型机械臂近端关节对远端关节的运动耦合，并逐一分析得到了耦合量，实现了解耦，大大提高了逆运动学模型的求解精度；

(3)本发明提出了一种改进的鲸鱼优化算法，基于Tent混沌映射改进了种群初始化方法，同时针对寻优过程的特点改进了控制参数，在原鲸鱼优化算法的基础上得到了更快的收敛速度和更优的全局搜索能力

附图说明

图1为本发明的步骤流程图。

图2为本发明的实施例中的三关节绳驱连续型机械臂结构示意图。

图3为本发明的实施例中的三关节绳驱连续型机械臂的参数化建模示意图。

图4为本发明的改进的鲸鱼优化算法流程示意图。