一种基于遗传算法的空间机械臂避障轨迹规划方法-论文.pdf

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1、2第01346年卷第5月3期机器人ROBOT、，0M1-36．NO．3ay，2014D0I：10．3724／SRJ．1218．2014．00263一种基于遗传算法的空间机械臂避障轨迹规划方法祁若龙1,2，周维佳，(1．中科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，辽宁沈阳摘要：针对空间机械臂系统的一系列特殊需求，提出J，一种空间机械臂轨迹规划方法．假设机械臂往关17空间下存在一条可以用两段高次样条曲线分段描述、满足所有空间机械臂运动特性要求的理想轨迹．这两段样条轨迹之间的连接点参数能够影响两段样条函数在空间中

2、的扭曲形状，从而使机械臂在遵从样条轨迹运动的同时避开所有障碍．首先建立理想轨迹的分段描述方程，将方程中的未知量用与中间点有关的参数进行描述，将不能够确定的中间点相关参数提取出来作为待定参数，从而将空间机械臂轨迹规划问题转变为一个多目标优化求解『uJ题；其次应用遗传算法进行求解，在分析空间机械臂控制需求和障碍的笛卡儿空f司描述的基础上，通过加权系数法建立关于笛卡儿空间机械臂末端轨迹长度、关节空间机械臂运动角度、运动过程中关节最大扭矩、机械臂总运动时间和碰撞情况的遗传算法适应度评定函数．最后应用遗传算法任关节空间下

3、规划出一条无碰撞、动力学特性满足裕度要求、轨迹长度和运动时间较短的理想轨迹．另外，卜述方法具有拓展性，通过多次分解轨迹求取中间点，能够使机械臂避开非常复杂的障碍．利用该方法在通过C语言建立的空间机械臂仿真平台上进行验证，结果表明该方法稳定、有效，生成的轨迹满足空间机械臂的性能要求．关键词：机械臂；避障；轨迹优化；遗传算法中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1002—0446(2014)一03—0263—08王㈣铁AnObstac军leAvoidanceTrajectoryPlanningSchemefo

4、rSpaceManipulatorsBasedonGeneticAlgorithm学皖QIRuolong，ZHOUWeOia，WANGTiejun大(1．TheStateKeyLaboratoryofRobotics，ShenyangInstituteofAutomation，ChineseAcademyofSciences，Shenyang110016，China学2．UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China)一Abstract：Meet

5、ingaseriesofspecialneedsofspacemanipulatorsystems，atrajectoryplanningmethodforspacemanip—∞ulatorisputforward．Itisassumedthatthereisanidealtrajectoryinjointspace，whichcanbedescribedbytwosectionsofhigh—ordersplinecurveandsatisfyallkineticcharacteristicsofspace

6、manipulator．Parametersoftheconnectionpointbetweenthetwosplinetrajectoriescaninfluencethedistortedshapeofthetwotrajectoriesinspace．Consequently，thema—nipulatormovesinaccordancewiththesplinetrajectoriesandinthesametimeavoidsalltheobstacles．Firstly，sectionalize

7、dfunctionsofidealtrajectoryareestablished．Unknownparametersinthefunctionsaredescribedusingtheparametersabouttheconnectionpointofwhichtheunknownparametersareextractedtobecalculated．Thusthetrajectoryplanningproblemistransformedintoflmulti—objectiveoptimization

8、problem．Secondly，geneticalgorithm(GA)isadoptedtOsolvetheproblem．Basedontheanalysisonspacemanipulatorcontro1requirementsanddescriptionsofobstaclesinCartesianspace．afitnessfunctionbasedonGAisdefin