基于逆运动学GFL-BWKO算法的电气柜操作臂控制策略
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合肥工业大学

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TP241;TP18

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GFL-BWKO-Based Inverse Kinematics Control Strategy for an Electrical Cabinet Manipulator
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    摘要:

    针对电气柜元器件自动操作中六自由度机械臂逆运动学求解精度与稳定性不足的问题,以M-BWKO算法为基础框架,提出一种融合精英引导高斯变异、分数阶历史记忆和柯西-Lévy复合扰动的黑翅鸢优化算法(GFL-BWKO)。该算法构建融合位置、姿态、腕中心误差和关节限位惩罚的适应度函数,并通过动态权重协调位置逼近与姿态优化,在攻击和迁徙行为中引入高斯变异、Grünwald--Letnikov分数阶历史记忆、柯西-Lévy复合扰动,以提升局部开发、全局探索和局部最优逃逸能力。以JAKA Zu5机械臂为对象开展仿真与实物实验。结果表明,相较M-BWKO,GFL-BWKO的平均位置误差、位置误差标准差、平均姿态误差和姿态误差标准差分别降低37.65\%、23.65\%、5.86\%和19.47\%;实物实验进一步验证了所提方法的工程可行性。

    Abstract:

    To address the insufficient accuracy and stability of inverse kinematics for a six-degree-of-freedom manipulator in automatic operation of electrical cabinet components, a black-winged kite algorithm integrating elite-guided Gaussian mutation, fractional-order historical memory, and Cauchy-Lévy hybrid perturbation is proposed based on the M-BWKO framework, namely GFL-BWKO. The proposed algorithm constructs a fitness function incorporating position error, orientation error, wrist-center error, and joint-limit penalty, and coordinates position approximation and orientation optimization through dynamic weighting. Gaussian mutation, Grünwald--Letnikov fractional-order historical memory, and Cauchy-Lévy hybrid perturbation are introduced into the attack and migration behaviors to enhance local exploitation, global exploration, and the ability to escape from local optima. Simulations and physical experiments are conducted on a JAKA Zu5 manipulator. The results show that, compared with M-BWKO, GFL-BWKO reduces the mean position error, position error standard deviation, mean orientation error, and orientation error standard deviation by 37.65\%, 23.65\%, 5.86\%, and 19.47\%, respectively. Physical experiments further verify the engineering feasibility of the proposed method.

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  • 收稿日期:2026-05-20
  • 最后修改日期:2026-07-22
  • 录用日期:2026-07-22
  • 在线发布日期: 2026-08-18
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