本技术实施例提供了一种模块化机器人轨迹优化方法,实现了模块化机器人关节轨迹优化,包括:获得模块化机器人运动链矩阵和模块化机器人期望末端运动轨迹,依据模块化机器人运动链矩阵,获得模块化机器人当前运动参与自由度数,依据模块化机器人当前运动参与自由度数,获得模块化机器人运动分布向量,依据模块化机器人期望末端运动轨迹、模块化机器人运动分布向量,设计模块化机器人轨迹优化方法,基于灰狼优化算法框架,对模块化机器人运动分布向量进行编码后,获得模块化机器人最优关节轨迹。根据本发明实施例提供的技术方案,可实现的模块化机器人末端轨迹误差小、运动总能耗小和模块间能耗均衡的关节轨迹优化。
背景技术
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随着时代与科技的发展,世界各国都对太空探索投入巨大。而随着我国空间站的建设成功,标志着我国在航天航空和深空探测等领域迈出了重要一步,随之而来的是更多如月球建设、火星探测、小行星防御等艰巨空间任务。空间任务中涉及大量质量、刚度、尺寸不一的桁杆、连接件、线缆等任务对象,作业范围和精细度也有着极大差异。而现有空间机器人均为面向某个任务所设计研制,因其连接关系、关节布置和自由度等属性固定,性能调整范围有限难以胜任复杂多样的在轨任务。对于模块化机器人其最显著的优点就是具有可重构的特性,通过改变模块数量、模块连接关系和模块连接方位可以满足不同的任务需求。因此,使用模块化机器人执行空间任务是我国航天工程的重点发展方向。
在模块化机器人中,经典的基于搜索的、基于采样的等运动规划算法虽然对于模块化的自主性和任务执行效率得到了显著提升。但由于模块化机器人形态的可变性和任务需求的多样性,这些算法在应用于模块化机器人时还需要进行适应性改进。进一步地,模块化机器人不论是在执行特定任务还是进行自重构运动时,其本质都是各个关节轨迹运动,从而使得末端依据预定的轨迹运动。换而言之,模块化机器人任务中的作业时长、末端精度等指标都和关节的运动轨迹密切相关,可以通过轨迹优化对机器人的运动轨迹进行改进。特别是在多变的任务环境中,有效的轨迹优化不仅能够保障机器人按照预定轨迹精准移动,更能通过优化策略,确保资源的最佳利用,间接提高了机器人的可靠性和任务完成度。因此,模块化机器人的轨迹优化是使用模块化机器人执行空间任务的关键环节。
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实现思路