[發明專利]一種雙重尋優的機器人運動軌跡優化方法

有效

• 申請號: 202010026731.9
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111152224B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 舒亮;葛亮君;陳定方;吳自然;陳威;游穎敏;吳桂初
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發明提供一種雙重尋優的機器人運動軌跡優化方法，包括采用D?H法構建出機器人相鄰關節空間的數學模型并變換；采用三次樣條插值法在變換后的機器人相鄰關節空間的數學模型上進行運動軌跡規劃，構建出表示機器人關于時間的運動軌跡多項式；基于運動軌跡多項式，以速度和加速度為約束條件，以每個關節總運動時間為優化目標，構建出目標函數；采用個體極值雙重尋優的改進粒子群算法對目標函數進行優化，在適應度函數評判得到的優化粒子集合中，分別比對機器人每一分段軌跡對應的分段時間并進行二次尋優，得到約束條件下的整體潛在更優解，從而得到最優的機器人運動軌跡。實施本發明，使得機器人作業效率和平滑穩定性得到提升。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域和斷路器自動裝配技術領域，尤其涉及一種雙重尋優的機器人運動軌跡優化方法。

背景技術

斷路器是配電系統中的重要保護性元件，在工業、民用等領域有廣泛應用。目前斷路器生產多以人工為主，自動化裝配單元中柔性裝配工藝缺失，裝配流程復雜，只能完成單一規格產品的制造。工業機器人具有工作效率高、穩定可靠、重復精度好等優勢，在制造行業得到了越來越多的應用。將工業機器人與斷路器自動化制造相結合，研究斷路器柔性化制造工藝及其相應的機器人協調控制方法，對于提升斷路器制造效率和產品品質具有重要意義。

機器人進行裝配作業時，其運動軌跡對于機器人的作業效率和平滑穩定性能有較大影響，軌跡規劃是工業機器人運動控制的基礎研究領域，決定著其作業效率和運動性能。

群智能算法被較多用來對機器人軌跡規劃問題進行研究，包括時間最短、能耗最少和沖擊最小等。一般通過群智能算法對機器人軌跡進行優化，需要設計相應的適應度函數或目標函數評判解的優劣性。如，馬睿等通過遺傳算法對三次多項式插值的軌跡時間進行優化，根據目標函數將軌跡中每段時間相加得到的值進行比對得到優化結果，然而其優化解每次結果各不相同，得到的結果不穩定。又如，馮斌等人通過粒子群算法對點到點之間的高次多項式插值軌跡時間進行了優化，并采用適應度函數對解的優劣進行評價，迭代結果在穩定性方面有待提高。又如，王玉寶等在對高次多項式軌跡優化過程中，通過動態調整學習因子改進了粒子群優化算法，雖然改進后的算法性能有了一定提升，但由于該方法只對群體極值進行了優化，沒有考慮粒子迭代過程中分段最優極值，因而優化的群體極值之外仍可能存在潛在更優解。

針對上述問題，因此提出一種雙重尋優的機器人軌跡優化新方法，在適應度函數評判得到的優化粒子集合中，分別比對機器人每一分段軌跡對應的分段時間并進行二次尋優，從而得到機器人運動速度和加速度約束條件下的整體潛在更優解。

發明內容

本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種雙重尋優的機器人運動軌跡優化方法，分別比對機器人每一分段軌跡對應的分段時間并進行二次尋優，使得機器人運行時間有明顯縮短，速度和加速度也更接近允許的最大值。

為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種雙重尋優的機器人運動軌跡優化方法，包括以下步驟：

根據機器人的關節結構及物理連接關系，采用D-H法構建出機器人相鄰關節空間的數學模型，并將所述機器人相鄰關節空間的數學模型基于基坐標系進行變換；

根據所述機器人作業任務要求，采用三次樣條插值法在變換后的機器人相鄰關節空間的數學模型上進行機器人運動軌跡規劃，構建出表示機器人關于時間的運動軌跡多項式；其中，所述運動軌跡多項式為機器人在關節空間中各關節角度、運動速度和加速度關于時間的函數；

基于所述運動軌跡多項式，以運動速度和加速度為約束條件，以每個關節總運動時間為優化目標，構建出目標函數；

采用預設的個體極值雙重尋優的改進粒子群算法對所述目標函數進行優化，在所述目標函數評判得到的優化粒子集合中，分別比對機器人每一分段軌跡對應的分段時間并進行二次尋優，求得最終最優解為各關節總運動時間，并代入所述運動軌跡多項式中得到最優的機器人運動軌跡。