基于时间-平滑性多目标的机械臂轨迹规划

杨忠瑞，杨昌明，刘 渝，郑克峰，杜承宗

（西华大学 机械工程学院，成都 610039）

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机械臂广泛应用于焊接、堆垛等多种作业场合。机械臂的轨迹规划是根据作业任务的要求，计算出预期的位移、速度和加速度等与时间有关的运动参数。良好的轨迹规划能保证机械臂末端执行件更好的执行给定轨迹，完成工作任务。但传统的轨迹规划通常只针对单目标进行优化：若为提高机械臂的工作效率，则将时间最短作为优化目标[1]；若希望机械臂运行轨迹平滑[2,3]，则将加加速度的的累加值最小化作为优化目标。文献[4]构建三次样条曲线，通过改变系数的方式使启停时的速度与加速度得到保证，使用SQP算法优化机械臂运行轨迹，采用加权的方法将不同的目标函数统一成单目标优化问题，但三次样条曲线无法对曲线做局部修改，且SQP算法相较于启发式算法，对于复杂问题的计算能力有限。文献[5]构造三次多项式曲线，采用遗传算法对问题进行求解，但只针对机械效率单一目标进行优化，并没有考虑时间减短所带来的振动问题。文献[6]针对轨迹优化时的多目标问题，通过构造7次B样条曲线，使用INSGA-Ⅱ算法求解Pareto解集，7次B样条曲线保证机械臂启停时的速度，加速度，加加速度得到控制，但过高阶次的样条曲线会使计算量大幅增加，严重影响优化速度。文献[7]针对惩罚函数法的不足，提出EGICA算法，通过构造三次多项式曲线完成轨迹优化，对于多目标优化问题，该文献采用的方法是对不同目标函数施加权重，但权重值的分配问题多依赖于经验，容易出现权重值分配不合理的问题。……