[發明專利]一種基于GA-PSO算法的示教再現軌跡優化方法

有效

• 申請號: 201910053737.2
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109895103B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 陳啟軍;周自強;曾志穎;劉成菊
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B25J9/22
• 分類號: B25J9/22
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

本發明涉及一種基于GA?PSO算法的示教再現軌跡優化方法，包括以下步驟：1)進行直接示教時，根據設定的采樣周期對機器人的軌跡進行下采樣，實時記錄機器人各關節的角度值；2)采用GA?PSO算法作為優化算法，獲取最優的軌跡點時間間隔序列；3)根據優化后時間間隔序列和對應的采樣軌跡點進行三次樣條插值，得到優化后的示教軌跡；4)在進行示教軌跡再現時，將優化后的示教軌跡根據控制周期進行離散化，發送給機器人控制器，完整再現整個示教軌跡。與現有技術相比，本發明具有去除冗余軌跡信息、平穩運行、無停頓和突然加速等優點。

技術領域

本發明涉及工業機器人操作控制領域，尤其是涉及一種基于GA-PSO算法的示教再現軌跡優化方法。

背景技術

示教再現是目前主流的工業機器人操作控制方式，常用的示教方法包括示教盒示教、操縱桿示教、主從機器人示教以及直接示教。

其中，直接示教法能以直接拖動方式實現復雜軌跡的示教，具有操作簡單、示教方便等優點，在一些要求執行復雜軌跡的任務中有很高的應用價值。但是由于人手在直接示教的時候，可能會存在抖動，而且在示教過程中很難時刻滿足機器人的角速度約束與角加速度約束，若直接采用示教軌跡跟蹤的方式進行示教再現，機器人在運動過程中會產生抖動，或者不滿足其運動學約束(主要是速度約束或加速度約束)而影響跟蹤精度，甚至縮短機器人的使用壽命與機械性能。因此，需要對示教軌跡進行規劃與優化。

目前在國內存在一些與機器人直接示教相關的專利，但是其中大多數都是關于使用示教盒或操縱桿進行示教，這些示教方法對操作人員有著較高的編程要求，而且示教步驟繁雜，不適用于對復雜軌跡任務的示教。還有少數專利使用直接示教的方式，但是這些專利一般只通過對采集到的軌跡序列進行濾波處理來消除高頻抖動，然后根據數據復現周期與控制周期，一次發送給機器人，實現軌跡再現。目前公開的專利都沒有考慮機器人本身的運動學約束(速度約束與加速度約束)。若要使得機器人能平穩運行，這就要求操作人員進行示教的同時要考慮機器人的運動學約束，操作技巧要求高。然而現實中，對于某些復雜任務，很難拖動操作人員直接示教出符合任務要求與機器人運動學約束的示教軌跡。對這些軌跡進行再現時，需要后期對示教軌跡進行人工優化。這種方式造成的時間與人力成本高，一定程度上減少了了直接示教技術適用的應用場景。

綜上所述，傳統的示教技術使用示教盒或操縱桿進行示教，編程要求高，步驟繁雜，不適用于復雜任務，而直接示教方法對操作人員技巧要求高，耗時大，不易得到符合實際要求的示教軌跡。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于GA-PSO算法的示教再現軌跡優化方法。

本發明的目的可以通過以下技術方法來實現：

一種基于GA-PSO算法的示教再現軌跡優化方法，包括以下步驟：

1)進行直接示教時，根據設定的采樣周期對機器人的軌跡進行下采樣，實時記錄機器人各關節的角度值，并將各關節時間序列存儲在上位機中；

2)采用GA-PSO算法作為優化算法，以最小化示教軌跡的運動時間為最優化目標，以機器人的運動滿足小于最大加速度與最大運行速度為限制條件，引入懲罰函數進行最優化求解，獲取最優的軌跡點時間間隔序列；

3)根據優化后時間間隔序列和對應的采樣軌跡點進行三次樣條插值，得到優化后的示教軌跡；

4)在進行示教軌跡再現時，將優化后的示教軌跡根據控制周期進行離散化，發送給機器人控制器，完整再現整個示教軌跡。

所述的步驟1)中，采樣周期大于機器人的控制周期，用以去除不必要的冗余信息，消除軌跡中的高頻噪聲。

所述的步驟1)中，下采樣得到的采樣軌跡為：