(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210489631.9 (22)申请日 2022.05.07 (71)申请人 吉林大学 地址 130012 吉林省长 春市人民大街598 8 号 (72)发明人 隋振　陈华锐　李佳敏　胡云峰　 唐志国　 (74)专利代理 机构 吉林长春新纪元专利代理有 限责任公司 2 2100 专利代理师 白冬冬 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) G06N 3/00(2006.01) (54)发明名称 基于多种群灰狼算法的移动装弹机械臂逆 运动方法 (57)摘要 一种基于多种群灰狼算法的移动装弹机械 臂逆运动方法， 属于移动装弹机械臂运动学技术 领域。 本发明的目的是针对GWO算法求解机械臂 逆运动学的缺陷， 进行算法改进从而改善逆运动 学求解过程的基于多种群灰狼算法的移动装弹 机械臂逆运动方法。 本发明首先建立坐标及参 数， 然后构建移动装弹机械臂正运动学模型， 再 构造适应度函数及指定约束条件。 本发明在便于 应用同时， 迭代过程中适应度函数收敛速度有所 提升， 也提高了机械臂逆运动学求 解的效率。 权利要求书4页 说明书10页 附图9页 CN 115256369 A 2022.11.01 CN 115256369 A 1.一种基于多种群灰狼算法的移动装弹机 械臂逆运动方法， 其特 征在于： 其 步骤是： S1.坐标建立及参数定义： 步骤1.1： 移动装弹机 械臂的结构如下： 基座是一个 绕z轴方向旋转的自由度， 两个转动关节自由度2和3， 三段式的伸缩臂自由 度4， 5和6， 一个腕关节自由度7， 一个调整末端 姿态的自由度8； 步骤1.2： 规定zi轴为连杆i 的轴线方向， xi轴在垂直于zi轴的方向上， yi轴是xiozi平面 的法线方向且满足右手法则； 定义参考坐标系 为坐标系{0}， 坐标系{0}固定于移动装弹机 械臂的基 座上， 当第一个关节变 量值( θ1)为0时， 坐 标系{0}与坐 标系{1}重合， 且 z0轴与连杆 1轴线重合， 根据右手法则逐步建立每 个关节处的坐标系； 步骤1.3： 定义变量： l1、 l2是连杆1、 2的长度； l3是伸缩杆基臂的长度； l4是吊具的长度； di是伸缩杆的伸出长 度， 其中i＝4,5,6， D4是伸缩杆的总伸长量， 其中D4＝d4+d5+d6； θj是关节j的旋转角， 其中j＝ 1,2,3,7,8， c1＝cosθ1， s1＝sinθ1， s23＝sin( θ2+θ3)， c23＝cos( θ2+θ3)， s237＝sin( θ2+θ3+θ7)， c237＝cos( θ2+θ3+θ7)；i‑1Ti是第i个关节坐标系相对于第i ‑1个坐标系的齐次变换矩阵； 其中， S2、 构建移动装弹机 械臂正运动学模型： 步骤2.1： 位姿变换矩阵如下： 规定逆时针为 正 步骤2.2： 根据各变换矩阵， 得到移动装弹机 械臂的正 运动学简化模型：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115256369 A 2其中， T是移动装弹机械臂末端的坐标系相对于基坐标的变换矩阵， R为移动装弹机械 臂末端的姿态 矩阵， P为移动装弹机 械臂末端位置 矢量； S3、 带吊具的移动装弹机械臂， 从其机构运动方式可知， 其末 端位置由θ1， θ2， θ3， D4决定， 末端姿态则由θ7， θ8决定； 为控制吊具抓物体的姿态， 令β ＝0 °， 其中β ＝θ1+θ8； 伸缩长度di， 其 中i＝4,5,6采用同步伸缩的方式 故有， sin( θ2+θ3+θ7)＝sin180°＝0， cos( θ2+θ3+θ7)＝cos180 °＝‑1， θ1＝‑θ8， 其中“‑”是指 θ1和 θ8旋转方向相反； 将8自由度转换为 4自由度， 此时末端执 行器的位置 矢量和姿态转换矩阵分别为： 根据公式(1.3)可知基座回转关节1与连杆2、 连杆3和伸缩连杆不在同一个运动平面， 基座回转关节在xoy平 面运动， 控制转运包装箱的空间指向； 连杆2、 连杆3和伸缩杆在zox平 面运动， 移动装弹机械臂在运动过程中的空间指向就利用双变量正切 函数唯一确定， 其逆 解为θ1＝atan2(px,py)； 根据模型简化得到的运动学 方程， 能够得到如下的一组等式： S4、 构造适应度函数及指定约束条件： 设移动装弹机 械臂末端期望位姿 T*为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115256369 A 3