基于改进遗传算法的FAST促动器油缸装配机器人运动学

何启嘉，王启明，雷 政

(1.中国科学院国家天文台，北京 100101；2.中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 101408；3.中国科学院FAST重点实验室，北京 100101)

500 m口径球面射电望远镜(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope, FAST)被誉为“中国天眼”，是世界上口径最大、灵敏度最高的单口径球面射电望远镜[1]。在望远镜主动反射面系统中，2 225台液压促动器(简称“促动器”)通过联合驱动实现4 450块望远镜反射面变形，是世界罕见的在野外台站大规模应用的设备群[2]。FAST促动器液压缸合计重70.1 kg，其中，缸体重34.6 kg，活塞杆重12.2 kg，传统人力转运装配较为困难。针对FAST促动器油缸装配时间慢、效率低的问题，提出研究一种FAST促动器油缸装配机器人。FAST促动器缸体装配机器人的设计目的是为了将之前拆解下来清洗的耳环、压盖、导向套、活塞杆(含活塞)、缸筒(含法兰)、缸底、铸造缸底、位移传感器进行重新装配。

装配顺序如下：缸筒(含法兰)—活塞杆(含活塞)—导向套—压盖—缸底—位移传感器—铸造缸底—耳环。为了更加方便地研究油缸装配机器人的轨迹规划问题，必须先进行机器人运动学研究。由于机器人的笛卡尔空间和关节空间的映射并非一对一，其逆运动学求解往往不能得到封闭解，因此运动学，尤其是逆运动学也成为了研究机器人的重点问题之一。传统逆运动学求解方法主要有几何法、解析法、数值法等[3]。

传统方法在应用过程中仍存在不足：几何法是一种基本的平面机械臂求解方法，是解析法在二维空间的特例，很难有实用价值；解析法必须满足Pieper准则(实际中因为存在误差常不能满足准则)才能有封闭解，且不能在算法中处理奇异情况、避障约束和动态环境下的机械臂问题；……