基于信赖域算法的机械臂时间最优轨迹规划.pdf

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1、2013年第32卷第6期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)77基于信赖域算法的机械臂时间最优轨迹规划肖文皓，白瑞林，许凡，闰文才(江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室，江苏无锡214122)摘要：为了提高机械臂的工作效率，提出了一种新的时间最优轨迹规划方法。通过逆运动学运算得到与任务空间轨迹对应的关节空间位置序列，采用7次B样条曲线构造关节空间插值轨迹，将运动学约束转换为对B样条轨迹曲线控制顶点的约束，并适当放大约束条件，然后采用信赖域方

2、法求解时间优化问题，从而规划出速度、加速度和脉动均连续且满足运动学约束的时间最优轨迹。仿真结果验证了所提出时间最优轨迹规划方法的有效性。关键词：机械臂；轨迹规划；时间最优；信赖域中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)06-0077-04，『lr’i‘me-opt。i‘ma’lt』ra1●ectoryp’lanni‘n~t一ormani0pu’latorsbased0ntrust—regionalgorithmXIAOWen—hap，BAIRui—lin，XUF

3、an，YANWen—cai(KeyLaboratoryofAdvancedProcessControlforLightIndustry，JiangnanUniversity，Wuxi214122，China)Abstract：Toimproveworkingefficiencyofmanipulators，anewtime—optimaltrajectoryplanningmethodisproposed．Seriesofjointspacepositioncorrespondingtotra"e

4、ctoryintaskspaceareobtainedbyinversekinematicsoperation，andB—splinescurvesofseventimesareusedtoconstructinterpolatetrajectoryofjpintspace．ByconvertingkinematicconstraintstoconstraintsoncontrolpointsofB—splinest阳jectorycurve，andproperlyrelaxconstraints

5、，timeoptimizationproblemaresolvedbyusingtrustregionme；l1od，andthentime—optimalandvelocity，accelerationandjerkcontinuoustrajectorieswhichsatisfykinematicc6nstraintsareplanned．Simulationresultsdemonstratetheproposedoptimaltrajectoryplanningmethodiseffec

6、tive．Keywords：manipulator；trajectoryplanning；time—optimal；trust·region0引言续性，时间最优性能有待提高。最优轨迹规划是机械臂最优控制问题之一，规划的任本文采用7次B样条插值关节位置序列，得到脉动(二务是根据给定的路径点规划出经过这些点并满足约束条件阶加速度)连续且关节起始和停止速度、加速度、脉动均可的光滑的最优运动轨迹。其中时间最优算法是最早被提出设定的轨迹曲线，将各关节的运动学约束转化为对B样的J，并得到了国内外专家学者的深入

7、研究，目的是为了条曲线控制顶点的约束，并适当放大约束条件，利用信赖最大化操作速度从而提高工作效率。遗传算法j、序列二域方法求解时间最优问题，从而规划出时间最优的关节轨次规划算法J、进化计算等优化方法被广泛应用于带运迹。动学约束的时间最优轨迹规划。LeeYoungDae_6采用进1构造脉动连续插值轨迹化算法得到近似时间最优轨迹，并以启发式方法加速进化根据机械臂任务空间位姿矩阵序列和对应的时间速度。杨国军综合考虑机器人的运动学和动力学特性，节点序列t，经过逆运动学求解得到与相对应的关节位以模糊遗传算法

8、研究时间最优轨迹规划问题，适用于大范置矢量P，从而构成关节位置一时间序列围空间的轨迹规划。TanGuanzheng采用二次多项式加S=(P，t)，i=0，1，⋯，rb，余弦函数的形式构造相邻关节位置之间的轨迹曲线，通过式中P=[PP⋯Pr，Ⅳ为机械臂关节数目。脉动连强制关节位置节点处的脉动为0来保证整个轨迹脉动的连续轨迹要求各关节轨迹曲线函数p=fro(t)至少三阶几何收稿日期：2013-01-08基金项目：江苏省产学研前赡性联合研究项目(BY2012056)；江苏高校优势学科建设