基于ＧＡ的時(shí)間較優(yōu)機(jī)械臂軌跡規(guī)劃算法

2012年06月29日13:47:44 本網(wǎng)站我要評論(2)字號：T | T | T

關(guān)鍵字：應(yīng)用

居鶴華，付　榮
北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院，北京

摘　　　要：由于多項(xiàng)式插值軌跡規(guī)劃具有階次高、沒有凸包性質(zhì)等特點(diǎn)，傳統(tǒng)優(yōu)化方法難以應(yīng)用的特點(diǎn)，根據(jù)機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)約束，提出了關(guān)節(jié)空間基于遺傳算法（ＧＡ）的３５３多項(xiàng)式插值軌跡規(guī)劃算法。利用運(yùn)動學(xué)約束，以較優(yōu)時(shí)間為目標(biāo)，針對關(guān)節(jié)型機(jī)器人在靜態(tài)環(huán)境下的點(diǎn)到點(diǎn)的軌跡規(guī)劃問題，利用ＧＡ算法解算多項(xiàng)式插值的時(shí)間。通過與基于ＰＳＯ的３５３多項(xiàng)式機(jī)械臂軌跡規(guī)劃運(yùn)動位置、速度、加速度曲線對比，證明該方法在運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行平穩(wěn)度上都有突出優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)　鍵　詞：機(jī)械臂；軌跡規(guī)劃；時(shí)間較優(yōu)；遺傳算法；多項(xiàng)式插值

１　引　言
機(jī)械臂軌跡規(guī)劃的算法中，對較優(yōu)時(shí)間下機(jī)器人軌跡規(guī)劃算法研究的較多。近年來，采用智能方法優(yōu)化軌跡方法成為熱點(diǎn)。其目的是在給定其路徑點(diǎn)的情況下，使其性能和時(shí)間較優(yōu)。孫亮［１］在逆運(yùn)動學(xué)基礎(chǔ)上采用基本樣條插值方法對機(jī)械臂軌跡規(guī)劃作為研究，但未考慮到優(yōu)化問題。于乃功［２］針對二自由度機(jī)械手動力學(xué)模型提出了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與逆�？刂葡嘟Y(jié)合的控的軌跡規(guī)劃，但不適用于多自由度系統(tǒng)。朱世強(qiáng)、徐向榮等提出了采用３５３樣條函數(shù)法對機(jī)器人軌跡進(jìn)行規(guī)劃［３４］。文獻(xiàn)［５］對文獻(xiàn)［４］進(jìn)行了修正，但基于多項(xiàng)式插值的軌跡規(guī)劃具有階次高、沒有凸包性質(zhì)等特點(diǎn)，使其很難用傳統(tǒng)方法優(yōu)化，利用智能方法優(yōu)化軌跡規(guī)劃的插值時(shí)間，使多項(xiàng)式插值可以應(yīng)用到更高要求的軌跡規(guī)劃中。粒子群算法（ＰＳＯ）結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)易調(diào)整，是控制優(yōu)化里使用頻率較多的一種。文獻(xiàn)［６７］采用ＰＳＯ算法對空間機(jī)器人進(jìn)行動力學(xué)約束的時(shí)間較優(yōu)軌跡規(guī)劃。遺傳算法［８］提供了一種求解復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化問題的通用框架，它不依賴于問題的具體領(lǐng)域，對問題的種類有很強(qiáng)的魯棒性，廣泛應(yīng)用于機(jī)械臂軌跡規(guī)劃方面。甘亞輝、張勇提出利用遺傳算法方法優(yōu)化多項(xiàng)式規(guī)劃運(yùn)行軌跡實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂避障高性能功能［９１０］。本文提出基于ＧＡ的時(shí)間較優(yōu)３５３樣條插值機(jī)械臂軌跡規(guī)劃�？紤]運(yùn)動學(xué)約束，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)間和平穩(wěn)性性能優(yōu)化。針對ＣＨ２型月球車上驅(qū)動相機(jī)盒運(yùn)動六自由度正交解耦機(jī)械臂進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，與基于ＰＳＯ的時(shí)間較優(yōu)３５３樣條插值機(jī)械手臂軌跡規(guī)劃的運(yùn)動位置、速度、加速度曲線對比，證明該方法在運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行平穩(wěn)度上都有突出優(yōu)點(diǎn)。

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