基于GA的时间最优机械臂轨迹规划算法_居鹤华 2012.pdf

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1、2012年5月控制工程May2012第19卷第3期ControlEngineeringofChinaVol．19，No．3文章编号:1671-7848(2012)03-0472-06基于GA的时间最优机械臂轨迹规划算法居鹤华，付荣(北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京100124)摘要:由于多项式插值轨迹规划具有阶次高、没有凸包性质等特点，传统优化方法难以应用的特点，根据机械臂运动学约束，提出了关节空间基于遗传算法(GA)的3-5-3多项式插值轨迹规划算法。利用运动学约束，以最优时间为目标，针对关节型机器人在静态环境下的点到点的轨迹规划问题，利用GA算法解算多项式插值的时间。通过与

2、基于PSO的3-5-3多项式机械臂轨迹规划运动位置、速度、加速度曲线对比，证明该方法在运行时间和运行平稳度上都有突出优点。关键词:机械臂;轨迹规划;时间最优;遗传算法;多项式插值中图分类号:TP27文献标识码:ATime-OptimalTrajectoryPlanningAlgorithmBasedonGAforManipulatorJUHe-hua，FURong(CollegeofElectronicInformationandControlEngineering，BeijingUniversityofTechnology，Beijing100124，China)Abstract:S

3、incepolynomialishighorderandhasnotsharethecharacteristicofconvexhull，itishardtobeoptimizedbytraditionaloptimizationmethods.Accordingtothevelocitylimitationofmanipulator，aTime-optimal3-5-3polynomialinterpolationtrajectoryplan-ningalgorithmbasedonGeneticAlgorithm(GA)isproposed.Toplanthepoint-to-po

4、inttrajectoriesformanipulatorworkinginastaticenvironmentfortime-optimal，GAisusedtogetthetimeofpolynomialinterpolation.Thesimulationresultsshowthatthealgorithmhasgoodperformanceontime-optimalandstabilitycomparedwith3-5-3polynomialinterpolationtrajectoryplanningalgorithmbasedonPSO.Keywords:manipul

5、ator;trajectoryplanning;time-optimal;GA;polynomialinterpolation法对空间机器人进行动力学约束的时间最优轨迹规1引言［8］划。遗传算法提供了一种求解复杂系统优化问题机械臂轨迹规划的算法中，对最优时间下机器的通用框架，它不依赖于问题的具体领域，对问题人轨迹规划算法研究的较多。近年来，采用智能方的种类有很强的鲁棒性，广泛应用于机械臂轨迹规法优化轨迹方法成为热点。其目的是在给定其路径划方面。甘亚辉、张勇提出利用遗传算法方法优化［1］点的情况下，使其性能和时间最优。孙亮在逆运多项式规划运行轨迹实现机械臂避障高性能功［9-10］动学基础

6、上采用基本样条插值方法对机械臂轨迹规能。［2］划作为研究，但未考虑到优化问题。于乃功针对本文提出基于GA的时间最优3-5-3样条插值二自由度机械手动力学模型提出了一种神经网络与机械臂轨迹规划。考虑运动学约束，实现运行时间逆模控制相结合的控的轨迹规划，但不适用于多自和平稳性性能优化。针对CH2型月球车上驱动相由度系统。机盒运动六自由度正交解耦机械臂进行仿真实验，朱世强、徐向荣等提出了采用3-5-3样条函数与基于PSO的时间最优3-5-3样条插值机械手臂轨［3-4］法对机器人轨迹进行规划。文献［5］对文献［4］迹规划的运动位置、速度、加速度曲线对比，证明进行了修正，但基于多项式插值的轨迹规

7、划具有阶该方法在运行时间和运行平稳度上都有突出优点。次高、没有凸包性质等特点，使其很难用传统方法23-5-3样条插值函数的构造优化，利用智能方法优化轨迹规划的插值时间，使多项式插值可以应用到更高要求的轨迹规划中。粒一般来说，样条曲线是在插值点具有(k－1)阶子群算法(PSO)结构简单、参数易调整，是控制优导数连续性的k次多项式。对于多项式样条函数，化里使用频率较多的一种。文献［6-7］采用PSO算一阶导数代表速度的连续性，二阶导数代表加速度收稿