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基于改进遗传算法的时间最优轨迹规划

杨星涛 库祥臣 赵欢乐 米显 马东阳

杨星涛, 库祥臣, 赵欢乐, 米显, 马东阳. 基于改进遗传算法的时间最优轨迹规划[J]. 制造技术与机床, 2022, (3): 74-79. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.012
引用本文: 杨星涛, 库祥臣, 赵欢乐, 米显, 马东阳. 基于改进遗传算法的时间最优轨迹规划[J]. 制造技术与机床, 2022, (3): 74-79. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.012
YANG Xingtao, KU Xiangchen, ZHAO Huanle, MI Xian, MA Dongyang. Time-optimal trajectory planning based on improved genetic algorithm[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (3): 74-79. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.012
Citation: YANG Xingtao, KU Xiangchen, ZHAO Huanle, MI Xian, MA Dongyang. Time-optimal trajectory planning based on improved genetic algorithm[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (3): 74-79. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.012

基于改进遗传算法的时间最优轨迹规划

doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.012
基金项目: 

河南省科技攻关项目 192102210065

详细信息
    通讯作者:

    杨星涛,男,1996年生,硕士,研究方向为机器人轨迹规划。E-mail:420936297@qq.com

  • 中图分类号: TP241.2

Time-optimal trajectory planning based on improved genetic algorithm

  • 摘要: 提出一种工业机器人时间最优轨迹规划方法。将机器人关节空间的轨迹视为拟合关键点的三次样条曲线,以最优时间为目标建立最优时间轨迹规划的数学模型,同时考虑关节轨迹速度、加速度和加加速度的约束,结合目标函数值和约束条件提出一种用于进化算法的排序方法,以改进遗传算法为例优化关节空间的三次样条轨迹。应用谢菲尔德(Sheffield)遗传算法工具箱计算遗传算法优化结果,以D-H法建立机器人运动学模型,结合Roboticstoolbox构建机器人的三维仿真模型,建立对机器人三次样条轨迹优化的仿真环境。对斯坦福机器人仿真实验结果表明,与传统的模式搜索法相比,改进遗传算法优化的轨迹总时间明显降低。

     

  • 图  1  测量机器人作业的描述

    图  2  类冒泡法随机排序流程

    图  3  圆柱轴承滚子自动化测量工艺路径过程

    图  4  关节1改进遗传算法优化收敛曲线

    图  5  关节1改进遗传算法轨迹优化结果

    图  6  关节1模式搜索法轨迹优化结果

    表  1  轴承圆柱滚子自动化测量工艺路径过程

    关键点 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8
    目的 工作原点 接近 抓取 测量 接近 分类 移开 回位
    位姿 X/m 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.4
    Y/ m 0.5 0.5 0.5 -0.5 -0.5 -0.5 0.5 0.4
    Z/m 0.5 0.5 0.5 0.5 0 0.5 0.5 0.5
    R/rad 0 0 0 0 0 0 0 0
    P/rad 0 0 0 0 0 0 0 0
    Y/rad 0 0 0 0 0 0 0 0
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    表  2  机器人DH参数

    a/rad α/rad d/m θ/rad
    1 0 -π/2 0.412 0
    2 0 π/2 0.154 0
    3 0 0 0 0
    4 0 -π/2 0 0
    5 0 π/2 0 0
    6 0 0 0.263 0
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    表  3  机器人各关节的约束

    约束 关节
    1 2 3 4 5 6
    vjmax/(rad/s) 1.74 1.66 2.00 2.61 2.27 1.92
    ajmax/(rad/s2) 0.87 0.70 1.50 1.22 1.57 1.40
    jjmax/(rad/s3) 1.05 1.05 1.50 1.22 1.31 1.22
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    表  4  机器人移动路线关键点对应关节角度

    关键点 关节/rad
    1 2 3 4 5 6
    p1 0.764 1.022 8.288 -3.142 1.022 2.378
    p2 -2.334 1.476 -7.102 3.142 1.476 -0.807
    p3 0.764 1.022 8.288 -3.142 1.022 2.378
    p4 -0.807 1.022 8.288 0.000 -1.022 0.807
    p5 2.378 1.477 -7.102 3.142 1.476 0.764
    p6 -0.807 1.022 8.288 0.000 -1.022 0.807
    p7 0.764 1.022 8.288 -3.142 1.022 2.378
    p8 -2.329 -0.918 7.119 0.000 0.918 2.329
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    表  5  优化路径时间间隔对比

    序号 优化方法
    改进遗传算法 模式搜索法
    h1 5.338 7 7.289 0
    h2 5.378 7 8.374 3
    h3 3.331 5 7.947 2
    h4 5.488 6 8.602 4
    h5 5.497 2 8.626 6
    h6 4.561 6 8.026 0
    h7 6.199 9 8.503 0
    总计 36.180 4 57.368 6
    对比增长 -36.93%
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  • 收稿日期:  2021-07-26
  • 网络出版日期:  2022-03-12

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