基于CMA-ES算法的面向任务的机器人结构优化

摘要

为了解决指定任务的机器人结构设计问题,将任务要求和相关性能指标纳入到机器人结构设计过程中,提出了一种面向任务的机器人结构(DH参数)优化设计方法.首先,将指定任务描述为笛卡尔空间中一系列位姿点,姿态用四元素表示;其次,根据机器人运动学特性,推导出任务可达性约束条件,用各向同性指标、关节角度指标、尺寸指标构建目标函数,将机器人DH参数和到达各任务点时的关节值作为设计变量,从而建立了机器人结构优化设计的数学模型,并进一步利用罚函数法处理可达性约束;最后,根据优化问题具有非线性、不可导、高维度和连续值优化的特性,选用CMA-ES(协方差矩阵自适应进化策略)进行机器人结构优化设计问题的求解.实例仿真通过模拟一个位姿不断变化的复杂作业场景,验证了该方法的有效性.