基于改進人工勢場法的機械臂路徑規劃*

王憲倫，王天宇，丁文壯

(青島科技大學機電工程學院，青島 266061)

0 引言

制造業智能化快速發展的背景下，以機器人為代表的智能設備在產品生產過程中自動化應用愈加廣泛[1]。實現機器人自主作業，需要各類傳感器的加持，更需要機器人能夠進行快速可靠的路徑規劃。

目前，常用的路徑規劃方法主要有以下幾種：A*算法[2]、快速擴展隨機樹(RRT)[3]、蟻群算法[4]及人工勢場法[5]等。其中，人工勢場法憑借其簡單直接的數學描述的優點，在機器人路徑規劃領域應用廣泛。該算法結構簡單，實時性好，生成路徑較為平滑，但是也存在一些問題，如易陷入局部最小值陷阱和目標不可達等[6]。陳勁峰等[7]提出一種逃離或穿越的策略以解決局部最小值問題。XI等[8]將人工勢場法與RRT算法結合，利用偏目標的RRT方式引導跳出局部最小值，并提高規劃效率。SANG等[9]將A*算法與人工勢場法結合，將路徑分為多目標點并實現切換，極大降低陷入最小值的可能。以上學者等針對人工勢場法的缺點進行了改進，但是目前包括其在內的多數學者仍主要以移動機器人為研究對象，而算法隨機器人維度的增加計算更為復雜，因此針對多自由度的三維機械臂領域進行研究仍是一重點方向。

本文以三維機械臂為研究對象，針對原算法不足之處進行改進，包括對不同距離下的引力斥力函數重新定義，給出一種跳出局部最小值陷阱的解決方案，并對求解路徑進一步優化，最后在仿真平臺驗證了改進算法應用于機械臂的有效性。……