基于遗传算法的移动机械臂轨迹优化研究.pdf

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1、第5期机械设计与制造2013年5月MachineryDesign&Manufacture133基于遗传算法的移动机械臂轨迹优化研究杜钊君，吴怀宇，韩涛，郑秀娟(武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉430081)摘要：根据移动机械臂运动学和动力学约束，为优化其工作性能，提出了一种基于遗传算法的移动机械臂轨迹优化方法，以时间一冲击最优、运行的时间、移动的空间距离和轨迹长度作为优化指标，同时考虑关节速度、加速度及力矩的约束，为提高关节轨迹的平滑性，采用三次样条曲线拟合关节轨迹，实验结果表明所规划轨迹的关节位移、速度、加速度曲线是连续的，冲击曲线是有界的，间接的限制了关节力矩的变化率，提高了轨迹跟

2、踪的准确性并证明了算法的有效性。关键词：移动机械臂；遗传算法；轨迹优化；时间一冲击最优中图分类号：TH16；TP242．6文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)05—0133—04ResearchonTrajectoryOptimizationofMobileManipulatorBasedonGeneticAlgorithmDUZhao-jun，WUHuai-yu，HANTao，ZHENGXiu-juan(CollegeofInformationScienceandEngineering，WuhanUniversityofScienceandTechnology，HubeiW

3、uhan430081，China)Abstract：Accordingtothekinematicconstraintanddynamicconstraintofmobilemanipulatorandaimingtoimproveitsperformance．amobilemanipulatortrajectoryoptimizationmethodbasedongeneticalgorithmproposed．Thetimejeckoptimal，runtimeoptimal，spatialdistanceandtrajectorylengtharetakenasoptimizations

4、objectwithjointvelocity，accelerationandtorquesconstrains．Inordertoimprovethesmoothnessofthejointtrajectory，theintegralofthejerk’Ssquareastheoptimization．Thecubicsplinecurveisusedtofitthejointtrajectory，andtheresultsshowthatthejointvelocityandaccelerationalecontinuousandjerkbounded．whichleadstothatth

5、echangerateofjointtorqueisconstrainedindirectlyandtheaccuracyofthetrajectorytrackingimprovedandtheefectivenessofalgorithmisproved．KeyWords：MobileManipulator；GeneticAlgorithm；TrajectoryOptimization；Time-JerkOptimal加速度、最大加加速度(冲击)及轨迹曲线的高阶导数等各项特性1引言指标进行权衡与优化。轨迹规划是指给定起始点(初始状态位姿)与期望的终点(末端执行器的期望位姿)，同时根据一定的

6、任务要求寻求一条连2机械臂的运动学分析接起终点的次优或最优的有效路径，然后将路径转换成机械臂各三自由度平面机械臂，如图1所示。机械臂由一个固定连杆个关节的空间坐标，确定机械臂在运动过程中各关节的位移、速和三个在平面内运动的活动连杆组成。度和加速度，形成轨迹。轨迹规划能够减少机械臂的磨损、节省大量的作业时间，提高系统的操作能力和工作效率，使得整个系统高效、稳定、长期的运行。文献f1研究了具有冗余自由度的移动机械臂的轨迹跟踪问题，提出了一种将末端执行器的位置与姿态分别进行规划的方法。文献i芏势场方向和平台的移动方向一致的条件下，利用全部状态不连续反馈控制律和势场函数实现了平台的规划；文献利用梯度函

7、数的分层叠代算法进行函数寻优，对可移动平台的运动规划问题进行了探索。由于在在给定的起停点之间，满足条件的轨迹可能有很多条，所以机械臂轨迹规划算法需关节要一些性能指标进行优化，如时间最短，系统能量消耗最小、冲击最小等。因此，将综合考虑机械臂的运动学要求，同时考虑其质图I三自由度平面机械臂量、负载大小以及工作转速等多种因素，以时间一冲击作为优化指Fig．13DOFPlaneManipulator标优化