冗余度機(jī)器人的多目標(biāo)優(yōu)化方法.pdf

1、隨著冗余度機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)合日趨復(fù)雜，完成末端操作器任務(wù)和避障成為典型的冗余度機(jī)器人多目標(biāo)問(wèn)題之一。避障的實(shí)質(zhì)是使得機(jī)器人及時(shí)躲避障礙，而不是使得機(jī)器人與障礙的距離越遠(yuǎn)越好。進(jìn)一步地，成功躲避障礙并不意味著機(jī)器人不能靠近障礙，只要在完成末端操作器任務(wù)的過(guò)程中，機(jī)器人與障礙不碰撞即可。為了完成末端操作器任務(wù)和滿足上述避障要求，需要研究相應(yīng)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。完成末端操作器任務(wù)所需要的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為主運(yùn)動(dòng)。不影響末端操作器的位姿，只改變機(jī)器人的位形的關(guān)

2、節(jié)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為自運(yùn)動(dòng)，它可以用來(lái)調(diào)整機(jī)器人與障礙的距離。顯然，主運(yùn)動(dòng)也會(huì)影響機(jī)器人與障礙的距離。所以，解決完成末端操作器任務(wù)和避障的多目標(biāo)問(wèn)題的方法可以表述為，在完成末端操作器任務(wù)的過(guò)程中，在主運(yùn)動(dòng)和自運(yùn)動(dòng)的共同作用下，機(jī)器人與障礙不碰撞的方法。如果機(jī)器人與障礙不碰撞，本文認(rèn)為主運(yùn)動(dòng)與自運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，所以稱(chēng)這一方法為協(xié)調(diào)方法。
　　首先，討論了主運(yùn)動(dòng)和自運(yùn)動(dòng)，并且建立了兩種目標(biāo)函數(shù):一是機(jī)器人與障礙的最小距離;二是機(jī)器人各桿與障礙的距離

3、的加權(quán)和。提出了一個(gè)平面四自由度模型，建立了它的MATLAB仿真模型，為后續(xù)的研究提供對(duì)象。
　　然后，為了衡量主運(yùn)動(dòng)和自運(yùn)動(dòng)對(duì)避障的影響，提出了避障作用值這一概念。通過(guò)分析梯度投影法的自運(yùn)動(dòng)避障作用值，引入加權(quán)廣義逆表示自運(yùn)動(dòng)。通過(guò)參數(shù)化加權(quán)廣義逆的權(quán)，實(shí)現(xiàn)自運(yùn)動(dòng)的控制。本文也對(duì)自運(yùn)動(dòng)的特性進(jìn)行了說(shuō)明。
　　其次，分析了負(fù)避障作用值的自運(yùn)動(dòng)的重要作用，提出了協(xié)調(diào)方法。協(xié)調(diào)方法的內(nèi)容是:以主運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)末端操作器的任務(wù)，基于及時(shí)

4、避障的情形，在需要的時(shí)候采用合適的自運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器人不與障礙發(fā)生碰撞。提出了兩種控制策略，這兩種控制策略是協(xié)調(diào)方法的具體表現(xiàn)形式。
　　接著，對(duì)于平面四自由度模型，發(fā)現(xiàn)采用協(xié)調(diào)方法可以躲避采用梯度投影法不能躲避的障礙。所以，對(duì)于平面四自由度機(jī)器人避免點(diǎn)障礙的情況，相對(duì)于梯度投影法，協(xié)調(diào)方法更有效。
　　最后，對(duì)于空間七自由度模型，分別采用梯度投影法和協(xié)調(diào)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。梯度投影法和協(xié)調(diào)方法都能躲避不同的障礙，但是協(xié)調(diào)方法存在關(guān)節(jié)