多自由度机械臂路径优化研究

封亚凯，杨大利，侯凌燕，梁 旭，佟 强

(北京信息科技大学 计算系统开放实验室，北京 100101)

0 引言

随着人工智能的不断发展以及自动化水平的不断提高，在智能化制造方式的内在要求和劳动力及生产成本等多因素的影响下，工业机器人大规模代替传统劳动力进行生产活动是大势所趋[1]。目前工业机器人在焊接、喷涂、搬运、机械加工等领域得到了广泛且高效的应用[2]，其中的路径优化问题也逐渐成为研究热点。

路径优化是多自由度机械臂运动控制的基础，其性能对工作效率、运动平稳性具有重大影响[3]。路径优化是采用多自由度点动函数进行路径规划[4]，Zhang等[5]提出的轨迹规划采用插值函数，以整体时间作为目标函数优化，计算复杂度较高；郑涛等[6]提出的结合样条曲线的点到点规划容易出现龙格现象；刘涛等[7]提出的B样条曲线复合轨迹规划方法计算较为复杂，规划过程耗时较长；张文佳等[8]提出的S型—梯形点到点轨迹方法，规划算法本身易于理解，但受外部条件限制较大；Wang等[9]提出的点到点规划需要进行数学问题转化，在优化过程中对运动参数不能进行有效控制[10]。比较常见的路径优化方式还有缓存化技术[13]，通过将必要数据进行序列化的存储调用[14]来减少过程消耗的时间。另有两步定位方法，主要是以消耗空间为前提来换取一定程度上的效率提升，这一方法在数据库的查询存储等方面应用甚广[11-12]，但在多自由度机械臂路径规划领域应用较少。……