[發明專利]一種基于遺傳算法的機械臂軌跡規劃優化方法

有效

• 申請號: 201910264951.2
• 申請日: 2019-04-03
• 公開（公告）號: CN109910012B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 項榮;馮斌斌
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于遺傳算法的機械臂軌跡規劃優化方法。主要包括以下步驟：通過“拋物線插值?五次樣條插值?拋物線插值”的方法對關節空間下的機械臂進行軌跡規劃；在當前軌跡規劃的基礎上采用一種適應度函數優化的遺傳算法模型對機械臂軌跡運行時間進行從優處理，使得機械臂在運行過程中時間最優。本發明可以生成優化的機械臂軌跡結果，減少機械臂的運行時間，提高了機械臂的工作效率，并保證機械臂在轉動過程中保持平穩無抖動的運行。同時，該軌跡的算法求解過程較為容易，更能實現機械臂的實時性控制。

技術領域

本發明涉及一種基于遺傳算法的機械臂軌跡規劃優化方法。

背景技術

隨著工業革命的不斷升級，自動化產業成為現代工業生產中不可或缺的一部分。作為推進自動化產業發展的主力軍，機械臂受到了最廣泛的關注和研究。在研究過程中，不僅要求機械臂抓取目標的精確性，還要求機械臂在抓取軌跡上能夠平穩快速的運行。因此機械臂軌跡優化的結果直接影響機械臂運行和抓取的結果。

現有的對關節空間下的機械臂進行軌跡規劃，均采用復雜、高階樣條混合插值等方法達到控制機械臂終點位置的準確度，但都忽略了位姿求解算法過程中的復雜度，減弱了機械臂的實時性；并且高階樣條及其混合插值法在運動過程中易出現抖動、反復等現象；在軌跡規劃的優化方法中，均針對特定目標進行優化，面向性單一且適應度函數動態性能較弱，對于不同約束環境下軌跡優化能力改善不明顯。

因此，基于當前機械臂行業的發展趨勢，非常需要一種機械臂軌跡運行時間優化方法。本發明基于適應度優化的遺傳算法，可以生成優化的機械臂軌跡結果，減少機械臂的運行時間，提高了機械臂的工作效率，并保證機械臂在轉動過程中保持平穩無抖動的運行。同時，該軌跡的算法求解過程較為容易，更能實現機械臂的實時性控制。適應度函數方面的動態性能較好，對罰函數、時間預估優值以及種群中個體數等函數或值的不同設定，實現不同約束環境下的軌跡優化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種機械臂軌跡規劃優化方法，以實現機械臂在運行過程中實現規劃路徑所需的時間最優，并同時能夠保證機械臂在轉動過程中平穩的運行。

本發明采用的技術方案是：

本發明包括如下步驟：

1.軌跡規劃：通過“拋物線插值-五次樣條插值-拋物線插值”的方法對關節空間下的機械臂進行軌跡規劃，如下所述：

1.1)采用“拋物線插值-五次樣條插值-拋物線插值”的方法進行軌跡規劃，其軌跡方程如式(1)所示：

式中：h₁(t)、h₂(t)、h₃(t)三段函數分別表示機械臂的三段軌跡運行方程；t為無量綱時間變量，t∈[0，1]；定義如式(2)所示：

式中：μ為機械臂軌跡運行的實際時間，μ∈[μ_i-1，μ_i]；μ_i-1為第i段軌跡運行的初始時間；μ_i為第i段軌跡運行的終止時間；t_i為第i段軌跡運行所需要的實際時間；

1.2)根據各段軌跡方程h_i(t)(i＝1,2,3)和時間變量μ，求得關節角速度和關節角加速度如式(3)所示：

1.3)給定初始關節點和目標關節點的角度、角速度、角加速度的值分別為：

1.4)在運行過程中，要求軌跡方程之間的角度、角速度、角加速度平穩過渡，如式(5)所示：