基于粒子群優(yōu)化算法的球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃.pdf

1、球形機(jī)器人是一種以球形或近似球形為外殼的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)體,它在運(yùn)動(dòng)方式上以滾動(dòng)為主。由于球形機(jī)器人具有的外殼和運(yùn)動(dòng)形式的特殊性,使其與我們熟知的輪式或軌道式以及類人機(jī)器人相比較,具有能在失穩(wěn)后獲得最大的穩(wěn)定性,可以實(shí)現(xiàn)全向滾動(dòng),能夠更加靈活轉(zhuǎn)彎等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前球形機(jī)器人基本上還處于試驗(yàn)研究階段,有很多因素制約著球形機(jī)器人進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域,其中一個(gè)重要的因素就是目前球形機(jī)器人沒有一種好的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法。
　　本文所研究的球形機(jī)器人具有了內(nèi)部

2、的穩(wěn)定平臺,可以實(shí)現(xiàn)全向滾動(dòng)。主要對該球形機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方面的研究。本文首先介紹了一種高效的進(jìn)化算法——粒子群優(yōu)化算法的基本原理實(shí)現(xiàn)方法以及目前的主要應(yīng)用情況。分析了粒子群優(yōu)化算法易發(fā)生早熟和局部收斂的問題,介紹了一種基于反饋策略的改進(jìn)PSO算法。通過對兩個(gè)函數(shù)的仿真結(jié)果表明改進(jìn)的PSO算法能夠有效地避免PSO算法的早熟收斂問題,而且具有較高的收斂速度。針對這一非完整的球形機(jī)器人系統(tǒng),首先將它的運(yùn)動(dòng)微分方程轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)無漂移的仿射非線

3、性控制系統(tǒng),根據(jù)其控制矢量張成的分布不對合,表明了該球形機(jī)器人是完全非完整的。根據(jù)李代數(shù)的能控性秩條件,證明了該球形機(jī)器人是非線性可控的。然后討論了球形機(jī)器人非完整運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的最優(yōu)控制問題。根據(jù)最優(yōu)控制原理和優(yōu)化技術(shù),提出了基于粒子群優(yōu)化算法的連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)規(guī)劃數(shù)值算法。并采式并采用兩種不同的連續(xù)函數(shù)輸入形式作為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制輸入實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題。仿真結(jié)果表明,該方法對于球形機(jī)器人的非完整運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是有效的,經(jīng)過對比表明,使用二次