具有运动时间约束的机械手最优平滑轨迹规划

《具有运动时间约束的机械手最优平滑轨迹规划》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、具有运动时间约束的机械手最优平滑轨迹规划摘要：为提高机械手在指定时间内完成运动任务的平滑性，提出一种最优平滑轨迹规划方法。以7次B样条曲线插值关节位置序列，保证关节加加速度连续且关节启停速度、加速度和加加速度可设定。将运动学约束转化为B样条曲线控制顶点约束，以加加速度平方积分的最小值作为平滑性能指标，采用遗传算法对平滑性能指标和相应的时间节点向量全局寻优，进而规划出最优平滑轨迹，改进了现有平滑轨迹规划方法没有考虑加加速度累积效果和运动学、运动时间约束的不足。实验结果表明，该方法规划的轨迹具有加加速度平滑和加加速度累积最小

2、的特点，比现有的多项式曲线轨迹具有更好的可跟踪性能，为机械手执行具有运动时间约束的任务提供了理想的轨迹。关键词：机械手；轨迹规划；最优平滑；B样条；遗传算法ASmoothness-optimalTrajectoryPlanningMethodwithConstraintonTravelingTimeforManipulatorsAbstract:Inordertoimproverunningsmoothnessofjointswhilemanipulatorsexecuteatravelingtaskindefinite

3、time,asmoothness-optimaltrajectoryplanningmethodisproposed.SevenorderB-splineisadoptedtointerpolatejointpositionsequences,socontinuousjerkisensuredandstart-stopjointvelocity,accelerationandjerkcanbeconfigured.Constraintsonmanipulators’kinematicsaretransferredtoco

4、nstraintsoncontrolpointsofB-splines,andgeneticalgorithmisexploitedtogloballyminimizetheintegralofsquaredjerkandseektheaccordingoptimaltimenodes,thenproblemslieintheexistingmethodsthattakingnoattentiontojerkaccumulationandconstraintsonkinematicsortravelingtimeares

5、olved,baseonwhichthesmoothness-optimaltrajectoriesaregenerated.Experimentalresultsshowthat,trajectoriesgeneratedbytheproposedplannerhavetheadvantagesofcontinuousjerk,minimumaccumulativejerkandprovidingbettertrackingperformancecomparingtoexistingtrajectoriesconstr

6、uctedwithpolynomialcurves,whichmakethemoptimalonesformanipulatorstoexecutetaskswithconstraintontravelingtime.Keywords:manipulator;trajectoryplanning;smoothness-optimal;B-spline;geneticalgorithm机械手轨迹规划是轨迹控制的基础，对机械手的运行效率、平稳性、作业精度和能量消耗具有重要意义。目前机械手任务空间和关节空间基本的轨迹规划方法已

7、经成熟，但针对一定作业任务的轨迹构造方法和针对一定轨迹性能指标的轨迹优化方法还不断被提出[1-7]。由于不连续或过大的机械手关节加加速度会增大轨迹跟踪误差、引起振动和缩短使用寿命[1]，且研究表明人类手臂运动也符合加加速度最小原则[2]，因此，基于加加速度优化的平滑轨迹规划成为新的研究重点。PIAZZI等[3]采用三次样条曲线插值方法构造关节轨迹，并以极小化极大方法对各关节的加加速度进行优化。MACFARLANE等[4]考虑了加加速度有界的机械手时间最优轨迹规划问题，采用五次多项式插值方法在线规划出平滑且时间近似最优的轨

8、迹。PETRINEC等[5]研究了四次和五次多项式结合方法构造的关节轨迹相对于三次和四次多项式结合方法构造的关节轨迹的优点，得到加加速度连续的轨迹。GASPARETTO等[6]综合考虑执行时间和加加速度累积效果，采用三次样条曲线插值关节位置序列，生成满足运动学约束的时间-加加速度综合最优,且关节速度和加速度连续的轨迹