[发明专利]一种基于切换SCAPSO的六自由度机械臂逆解方法

权利要求书

1.一种基于切换SCAPSO的六自由度机械臂逆解方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，基于六自由度机械臂模型，利用DH建模建立末端执行器位置P与机械臂旋转关节角θ之间的关系表达式；

步骤2，在约束范围内随机设置NUM个第一代逆解粒子值

步骤3，根据步骤2中得到的粒子，使用目标函数fit(P，θ)计算每个逆解粒子目标函数值；

所述目标函数fit(P，θ)包括约束函数f(P)和优化函数f(θ)：

其中，P_xi，P_yi，P_zi是第i个逆解粒子根据步骤1中末端执行器位置与机械臂旋转关节角之间的关系表达式计算得到的末端执行器位置；P_x0，P_y0，P_z0是机械臂末端执行器的初始位置坐标；μ_j表示关节角权重系数；θ_ij是第i个逆解粒子的第j个变量，θ_j0是θ_j的初值，θ_j是第j个机械臂旋转关节角；

目标函数fit(P，θ)的表达式为：

其中，α、β分别是约束函数与优化函数的权重系数；

步骤4，根据步骤3得到的逆解粒子历史最优θ_pbesti和当前全局最优逆解粒子θ_gbest，使用粒子群算法规则更新得到每一代逆解粒子值

步骤5，当逆解粒子在Limit代数范围内，未更新其历史最佳粒子θ_pbesti，且全局最优逆解粒子θ_gbest的目标函数值fit(θ_gbest)的增量超过最小步长EPS时，切换成基于正余弦函数的粒子群算法，基于SCAPSO更新逆解粒子值，在当前解周围产生随机解；

其中，基于正余弦函数的粒子群算法的更新规则描述如下：

其中，r₂是(0，2π)之间的随机数，用于产生随机解的方向；r₃，r₄是(0，1)之间的随机数，r₄小于等于0.5时使用sin函数产生随机解，r₄大于0.5时使用cos函数产生随机解，r₁是介于(0，1)之间的系数，其表达式描述如下：

其中，R是常数，t表示第t代，T是总迭代数；

步骤6，当全局最优解的目标函数在迭代中改变值小于限度值MAXEPS时，结束迭代得到全局最优解。

2.如权利要求1所述的基于切换SCAPSO的六自由度机械臂逆解方法，其特征在于：所述步骤1中，建立的六自由度机械臂模型是具有三个旋转关节的机械臂，并且具有一个三自由度的末端执行器，属于非冗余机械臂。

3.如权利要求1所述的基于切换SCAPSO的六自由度机械臂逆解方法，其特征在于：所述步骤1中，末端执行器位置P与机械臂旋转关节角θ之间的关系表达式为：

其中，P_x，P_y，P_z是末端执行器的三维坐标，θ₁，θ₂，θ₃是机械臂三个旋转关节角，a₂、a₃、a₄、d₄是机械臂DH建模参数。