写一段PSO算法,目的是求得四自由度机器人的数值解
时间: 2023-11-30 18:06:19 浏览: 27
下面是一段使用PSO算法求解四自由度机器人数值解的Python代码:
```python
import numpy as np
import random
# 定义目标函数
def obj_func(q):
# 计算机器人末端执行器的位置
x = L1 * np.cos(q[0]) + L2 * np.cos(q[0] + q[1]) + L3 * np.cos(q[0] + q[1] + q[2])
y = L1 * np.sin(q[0]) + L2 * np.sin(q[0] + q[1]) + L3 * np.sin(q[0] + q[1] + q[2])
z = L4 * np.sin(q[3])
# 计算机器人末端执行器到目标点的距离
dist = np.sqrt((x - target_x)**2 + (y - target_y)**2 + (z - target_z)**2)
return dist
# 定义PSO算法
def pso(max_iter, n_particles):
# 初始化粒子位置和速度
particles_pos = np.random.rand(n_particles, 4) * np.pi * 2
particles_vel = np.zeros((n_particles, 4))
# 初始化全局最优位置和个体最优位置
global_best_pos = np.zeros(4)
global_best_val = np.inf
particles_best_pos = particles_pos.copy()
particles_best_val = np.array([obj_func(p) for p in particles_pos])
# 迭代寻找最优解
for i in range(max_iter):
# 更新粒子速度和位置
particles_vel = w * particles_vel + c1 * np.random.rand(n_particles, 4) * (particles_best_pos - particles_pos) + c2 * np.random.rand(n_particles, 4) * (global_best_pos - particles_pos)
particles_pos = particles_pos + particles_vel
# 限制粒子位置在范围内
particles_pos[particles_pos > 2 * np.pi] -= 2 * np.pi
particles_pos[particles_pos < 0] += 2 * np.pi
# 计算粒子适应值
particles_val = np.array([obj_func(p) for p in particles_pos])
# 更新个体最优位置和全局最优位置
update_idx = particles_val < particles_best_val
particles_best_val[update_idx] = particles_val[update_idx]
particles_best_pos[update_idx] = particles_pos[update_idx]
if particles_best_val.min() < global_best_val:
global_best_val = particles_best_val.min()
global_best_pos = particles_best_pos[particles_best_val.argmin()]
return global_best_pos
# 定义机器人参数和目标点
L1 = 1
L2 = 1
L3 = 1
L4 = 1
target_x = 2
target_y = 2
target_z = 1
# 定义PSO算法参数
max_iter = 50
n_particles = 20
w = 0.8
c1 = 1.5
c2 = 1.5
# 运行PSO算法
q = pso(max_iter, n_particles)
# 输出结果
print('机器人末端执行器的位置为:({:.2f}, {:.2f}, {:.2f})'.format(L1 * np.cos(q[0]) + L2 * np.cos(q[0] + q[1]) + L3 * np.cos(q[0] + q[1] + q[2]), L1 * np.sin(q[0]) + L2 * np.sin(q[0] + q[1]) + L3 * np.sin(q[0] + q[1] + q[2]), L4 * np.sin(q[3])))
print('机器人关节角度为:({:.2f}, {:.2f}, {:.2f}, {:.2f})'.format(q[0], q[1], q[2], q[3]))
```
该代码首先定义了目标函数 `obj_func`,该函数输入机器人四个关节的角度,输出机器人末端执行器到目标点的距离。然后定义了PSO算法 `pso`,该算法输入最大迭代次数和粒子数量,输出最优解(即机器人四个关节的角度)。最后,定义了机器人的参数和目标点,并运行PSO算法,输出机器人末端执行器的位置和关节角度。
需要注意的是,该代码并没有考虑机器人运动学和动力学的限制,因此得到的解可能并不可行。如果需要得到可行解,需要在PSO算法中加入相应的限制条件。