[发明专利]一种基于功率最优的机械臂移动轨迹规划方法及装置

说明书

本发明实施例公开了一种基于功率最优的机械臂移动轨迹规划方法及装置，包括：获取机械臂连接关节空间中的关键点，采用五次多项式与波动函数对所述关键点进行拟合，得到角度关于时间的轨迹曲线方程；对所述关键点采用D‑H算法建立机械臂的运动学模型并结合所述轨迹曲线方程得到力矩方程；基于关节电机相关参数与所述力矩方程，建立以机械臂功率为参数的优化目标函数模型；基于功率目标函数，加入约束条件，采用基于粒子群的优化算法求解机械臂移动轨迹规划最优值。本发明采用五次多项式与波动函数拟合机械臂移动轨迹曲线，保证机械臂移动轨迹的平滑与稳定，以减小关节之间的摩擦，提升能源的转换率与生产的效率，延长机械的寿命。

技术领域

本发明实施例涉及机械臂移动轨迹规划技术领域，具体涉及一种基于功率 最优的机械臂移动轨迹规划方法及装置。

背景技术

随着工业技术的不断发展，工业机器人已经成为工业领域中不可或缺的一 部分，其中包括在货物搬运、加工焊接、汽车制造及航天制造等领域承担着重 要角色，一定程度上降低了人力成本和提升生产效率。而作为工业机器人重要 部件的机械臂，其工作特性会直接影响到工业生产的效率与安全，对于机械臂 性能的评价，在考虑其可靠性、安全性的同时，其生产过程中消耗的资源也是 一个重要的衡量指标。

目前，针对机械臂的资源优化问题上，主要考虑其轨迹规划，通过寻求最 优轨迹以实现功率最小，对外做功最大。然而，当前传统的轨迹规划方法并没 有实现机械臂的功率最优，并且对于运行轨迹的平滑度也没有达到要求。因此， 一种有效方法的提出在机器人轨迹规划研究中有着重要的参考价值。

当今技术不断地更新迭代，也产生了许多优化算法模型用于解决最优问 题，常用的优化算法有遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等，而在机器人轨迹 规划求解问题上这些技术也得到了相应的应用。本发明在保证轨迹平滑条件下 定义了机械臂轨迹规划曲线，通过结合轨迹运动学与动力学模型，使用优化算 法模型给出功率最小情况下的最优移动轨迹规划值。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种基于功率最优的机械臂移动轨迹规划方法及 装置，以解决现有技术中由于现有技术中机械臂功率损耗较大且机械臂的平滑 度较低而导致的机械臂工作效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面提供一种基于功率最优的机械臂移动轨迹 规划方法，包括步骤：

S1.获取机械臂连接关节空间中的关键点，采用五次多项式与波动函数对 所述关键点进行拟合，得到角度关于时间的轨迹曲线方程；

S2.对所述关键点采用D-H算法建立机械臂的运动学模型并结合所述轨迹 曲线方程得到力矩方程；

S3.基于关节电机相关参数与所述力矩方程，建立以机械臂功率为参数的 优化目标函数模型；

S4.基于功率目标函数，加入约束条件，采用基于粒子群的优化算法求解 机械臂移动轨迹规划最优值。

进一步地，以角度为变量参数对所述轨迹曲线方程分别进行三次微分计算 得到角速度、角加速度和二次角加速度，根据给定的角速度和角加速度初始值， 计算得到所述轨迹曲线方程的系数；

其中，所述轨迹曲线方程的数学表达式设为：

θ_i(t)＝c_i0+c_i1t+c_i2r²+c_i3t³+c_i4r⁴+c_i5t⁵+δS(t)