[发明专利]一种过路径点的机械臂多轴运动规划优化方法

权利要求书

1.一种过路径点的机械臂多轴运动规划优化方法，其特征在于，该方法是基于m个关节的机械臂，每个关节同步经过n个位置的轨迹优化过程，且将关节空间的两位置点之间的轨迹设为三次样条曲线，其关节运动轨迹方程为：q_j(t)＝a_j+b_j(t-t_j)+c_j(t-t_j)²+d_j(t-t_j)³其中，t∈[t_j,t_j+1],j＝0,1,......,n-2，h_j＝t_j+1-t_j；其优化步骤如下：

S1、设定路径点处的运动约束方程，并通过所述运动约束方程建立机械臂通过路径点的连续运动方程；

其中，所述运动约束方程包括关节位置、速度和加速度的连续约束方程：

且轨迹始末速度

所述机械臂通过路径点的连续运动方程为：

其矩阵形式为：

S2、设置机械臂运动的多种约束方程，包括能量约束、运动约束和空间约束，如下：

并构建适应度函数，如下：

S3、以机械臂经过路径点的时间向量为被优化目标，并通过全局进化迭代优化算法求解最优的运动时间序列；

S4、将最优的运动时间序列代入所述关节运动轨迹方程中，最终得到路径点的机械臂多轴连续运动的最佳规划曲线。

2.如权利要求1所述的一种过路径点的机械臂多轴运动规划优化方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31、将时间序列t∈[t_j,t_j+1],j＝0,1,......,n-2，h_j＝t_j+1-t_j随机生成规模为K的初始种群；

S32、将所述初始种群在经过非支配排序后，通过遗传算法得到第一代子代种群；

S33、从第二代开始,将父代种群与子代种群合并；

S34、将合并后的种群再进行快速非支配排序,同时对每个非支配层中的个体进行拥挤度计算，得到个体拥挤度；

S35、根据非支配关系以及个体的拥挤度，采用拥挤度比较的计算公式选取合适的个体组成新的父代种群；

S36、最后,再将生成的新的父代种群通过遗传算法生成新的子代种群,重复步骤S33至步骤S35,直到满足程序结束的条件，得到最优或次优的运动时间序列。

3.如权利要求2所述的一种过路径点的机械臂多轴运动规划优化方法，其特征在于，所述非支配排序的步骤为：

S321、考虑一个目标函数个数为2、规模大小为K的种群；

S322、设j＝1，对所有的g＝1,2,3,…N且g≠j，基于适应度函数比较个体x^j和个体x^g之间的支配与非支配关系；

S323、如果不存在任何一个个体x^g优于x^j，则x^j标记为非支配个体；

S324、令j＝j+1，重复步骤S321至S324，直到找到所有的非支配个体；

S325、以此得到的非支配个体集是种群的第一级非支配层，忽略这些标记的非支配个体，重复步骤S321至S325，以此类推，得到整个被分类的种群，记为非支配排序种群。