基于蒙特卡洛随机采样方法与牛顿-拉夫逊迭代方法的钻锚机器人机械臂逆运动学求解方法

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. z1; pp. 446 - 456
• Main Authors: 雷孟宇, 张旭辉, 杨文娟, 万继成, 董征, 杜昱阳, 陈鑫, 黄梦瑶, 田琛辉
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 西安科技大学机械工程学院,陕西西安 710054%西安科技大学机械工程学院,陕西西安 710054 01.08.2024; 陕西省矿山机电装备智能检测与控制重点实验室,陕西西安 710054
• Subjects: 运动学分析; workspace; joint variable; 蒙特卡洛; Monte Carlo; 运动空间; 索引函数; 牛顿-拉夫逊迭代; Newton iteration; kinematics analysis; index function; 关节变量
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.1445

TP242%TD353; 钻锚机器人机械臂逆运动学精确求解是实现煤矿巷道自动支护的关键,针对钻锚机器人机械臂这种非传统结构机械臂逆运动学求解方法存在精度低、实时性差和容易陷入局部最优难以收敛的难题,提出了一种融合蒙特卡洛随机采样方法和牛顿-拉夫逊迭代方法的非传统结构机械臂逆运动学求解方法.首先,根据钻锚机器人机械臂结构构建运动学模型,建立各个关节坐标系,利用坐标系转换关系实现机械臂正运动学求解;其次,基于蒙特卡洛随机采样方法计算机械臂运动空间,设定步长将运动空间轮廓外接立方体分割为若干个小立方体,构建小立方体内空间点的三维坐标和对应关节变量与小立方体的映射关系,根据给定的目标空间点对应的转换矩阵,通过索引函数确定其对应的小立方体,计算立方体内与目标空间点误差最小的点,将它对应的关节变量值作为初始值;最后,引入牛顿-拉夫逊迭代方法,利用多元函数迭代公式确定各关节变量的变化量,循环往复实现非传统结构机械臂逆运动学的求解.仿真实验结果表明,与基于随机初始值的牛顿-拉夫逊迭代方法和粒子群优化算法相比,所提方法计算结果对应的平均角度误差分别降低了 64.98％和57.34％,平均耗时分别降低了 35.90％和22.33％,求解精度和时效性均有所改善,验证了所提融合蒙特卡洛随机采样方法与牛顿-拉夫逊迭代方法针对非传统结构机械臂逆运动学求解的可行性和有效性.