[发明专利]一种过路径点的机械臂多轴运动规划优化方法

说明书

本发明公开了一种过路径点的机械臂多轴运动规划优化方法，该方法是通过设定路径点处的运动约束方程建立机械臂通过路径点的连续运动方程；设置机械臂运动的多种约束方程，并构建适应度函数；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；将最优的运动时间序列代入机械臂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。该方法有效解决了机械臂过路径点的多轴连续运动规划问题，其计算高效，有效提高了机械臂的运动效率，其在机械臂轨迹规划领域具有较广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及自动化领域，特别涉及一种过路径点的机械臂多轴运动规划优化方法。

背景技术

机械臂运动规划(Manipulator Motion Planing)受限于一定的条件，指定机械臂的运动规划任务，求解起止位置间的运动序列。由于机械臂在运动规划过程中，需要考虑空间障碍物、非法区域等避碰要求和运动路径的合理可控要求，在机械臂实际过程中需要通过多个位置点的运动以实现以上要求。

目前，现有方法无法满足机械臂在运动规划中的高效率要求。因此，急需一种新的方法来提高机械臂多路径点运动规划的计算效率，从而完成受限状态下的机械臂连续轨迹运动。

发明内容

本发明的目的是：提出一种过路径点的机械臂多轴运动规划优化方法，以解决机械臂在空间中实现高效率避碰优化的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种过路径点的机械臂多轴运动规划优化方法，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。

进一步，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；