冗余機(jī)械臂軌跡的增廣Lagrange?改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化

吳國(guó)強(qiáng)

（湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江湖州 313000）

1 引言

冗余機(jī)械臂可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂對(duì)避障、避奇異、容錯(cuò)控制等特殊需求，但是其運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解和軌跡優(yōu)化研究也帶來(lái)了困難。

機(jī)械臂不同的運(yùn)動(dòng)軌跡具有不同的平滑性和沖擊性，進(jìn)而影響機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)能耗、工作效率、使用壽命、運(yùn)行平滑性和振動(dòng)性等[1]。因此研究冗余機(jī)械臂的軌跡優(yōu)化問(wèn)題具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

機(jī)械臂軌跡規(guī)劃是機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)，根據(jù)不同的性能需求，軌跡優(yōu)化指標(biāo)包括時(shí)間最優(yōu)、能耗最優(yōu)、沖擊最小以及多指標(biāo)結(jié)合的綜合優(yōu)化等[2]。

根據(jù)工作空間的不同，機(jī)械臂軌跡規(guī)劃分為笛卡爾空間和關(guān)節(jié)空間兩類[3]，兩者之間通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和逆解可以相互轉(zhuǎn)換，這里研究的是關(guān)節(jié)空間軌跡的綜合優(yōu)化問(wèn)題。

軌跡的綜合優(yōu)化主要包括兩種思路，一是使用加權(quán)系數(shù)法將多個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整不同目標(biāo)的權(quán)系數(shù)來(lái)調(diào)整優(yōu)化重心[4]；二是使用非支配排序思想得到Pareto前沿解[5]，而后依據(jù)優(yōu)化需求從Pareto解集中選擇優(yōu)化解。本質(zhì)上講，兩種優(yōu)化方法均存在優(yōu)化取舍的過(guò)程。文獻(xiàn)[6]考慮機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)、力矩和載荷約束，使用三次多項(xiàng)式作為關(guān)節(jié)空間基軌跡，使用遺傳算法規(guī)劃了時(shí)間最優(yōu)軌跡，依據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。文獻(xiàn)[7]考慮機(jī)械臂重載情況下的運(yùn)動(dòng)約束，使用加權(quán)系數(shù)法建立了時(shí)間?加加速度的綜合優(yōu)化模型，提出了自適應(yīng)遺傳算法的模型求解方法，仿真結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性。……