【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人领域，具体涉及一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法。
技术介绍
1、机器人自专利技术至今，对经济和社会的发展起到了重大作用。从工业生产的方面来看，机器人逐渐替代人类完成繁冗的工作，提高了生产效率和生产质量，降低了生产成本。因此，机器人的应用愈加广泛，受到越来越多人的追捧。
2、但是，传统的工业机械臂仅有六个自由度，无法保证在各种约束条件下完成作业任务。首先，环境障碍物约束的存在，会成为机械臂作业任务的阻碍，若不进行考虑，可能会导致机械臂与环境发生碰撞，造成不可挽回的损失。其次，由于奇异位的存在，机械臂末端的微小运动会导致关节空间的较快运动，极易造成危险或作业的终止。最后，机械臂自身关节极限的存在也会导致一些路径点的不可达，造成作业任务的失败。而加入地轨后，通过对地轨位置和机械臂构型的合适选取，能较好的避开障碍物与奇异位，从而保证作业任务的完成。
3、因此，对加装地轨的机械臂进行已知路径的多目标优化十分必要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于基于已知目标路径信息，通过自动选取合适的地轨位置及机械臂构型，以完成避障和避奇异约束下的作业任务。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：步骤一，对已知目标路径信息离散化，得到一组任务空间序列点；步骤二，基于机械臂运动学参数设置包含关节极限、奇异位形、障碍物距离信息的适应度函数；步骤三，基于生成的序列点位姿，利用群体智能优化算法求取作业轨迹所对应的最优地轨位
3、进一步地，步骤一包括：本专利技术基于已知目标路径信息进行离散化处理。过大的离散化间隔可能会导致遗漏一些超出关节极限、处于奇异位形或碰撞物体的位姿；过小的离散化间隔则会导致计算成本的几何性上升。因此，选取合适的离散化间隔，得到一组合理的任务空间序列点，能保证尽可能在较小的计算成本下无遗漏问题。
4、进一步地，步骤二包括：本专利技术的研究对象为地轨式七轴机械臂，利用机械臂参数进行运动学建模，并建立解析解公式。通过矢量积的方法建立机械臂的雅可比矩阵，利用奇异分离法获取机械臂的奇异条件。同时采用胶囊体包络法简化机械臂，求取障碍物与机械臂的最短距离。建立包含关节极限、奇异位形、障碍物距离信息的适应度函数。
5、进一步地，步骤三包括：基于步骤二建立的适应度函数，利用群体智能算法进行优化求解，求解出在步骤一中得到的序列点下的最优地轨位置及相应的关节角序列，以保证运动的连续性。
6、本专利技术的有益效果是提出了一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，通过自动求取地轨最优位置及相应的机械臂关节角序列，解决了传统机械臂可能遇到的由关节极限、奇异位和障碍物导致作业任务失败的问题。
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1.一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，其特征在于，具体方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，其特征在于：步骤一中，本专利技术基于已知目标路径信息进行离散化处理。选取合适的离散化间隔，得到一组合理的任务空间序列点，尽可能在较小的计算成本下保证无遗漏问题。
3.根据权利要求1所述的一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，其特征在于：步骤二中，本专利技术的研究对象为地轨式七轴机械臂，利用机械臂参数进行运动学建模，并建立解析解公式，获取机械臂奇异条件。建立包含关节极限、奇异位形、障碍物距离信息的适应度函数。
4.根据权利要求3所述的一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，其特征在于：步骤二中，依据各个关节靠近关节极限的距离设置关节极限代价函数，同时赋予超出关节极限的代价值一个较大值，并选取其中最大值设置为极限代价值。
5.根据权利要求3所述的一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，其特征在于：步骤二中，通过对机械臂雅可比矩阵进行奇异分离，即
6.根据权利要求3所述的一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，其特征在于：步骤二中，采用胶囊体包络法简化机械臂，障碍物采用球形包络，求解出障碍物与机械臂间的最小距离，并根据最小距离设置距离代价函数，同时对代价函数小于阈值的情况赋予距离代价一个较大值。
7.根据权利要求3所述的一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，其特征在于：步骤二中，对极限代价函数、奇异代价函数、距离代价函数分别根据自身需求及安全要求设置不同的权重，对步骤一中的全部序列点求和，共同构成适应度函数。
8.根据权利要求1所述的一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，其特征在于：步骤三中，基于步骤二建立的适应度函数，依次求出机械臂8种构型的适应度，并选取最小值作为当前位置的适应度。利用群体智能算法进行优化求解，求解出最优地轨位置及相应的关节角序列，同时保证运动的连续性。
...【技术特征摘要】
1.一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，其特征在于，具体方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，其特征在于：步骤一中，本发明基于已知目标路径信息进行离散化处理。选取合适的离散化间隔，得到一组合理的任务空间序列点，尽可能在较小的计算成本下保证无遗漏问题。
3.根据权利要求1所述的一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，其特征在于：步骤二中，本发明的研究对象为地轨式七轴机械臂，利用机械臂参数进行运动学建模，并建立解析解公式，获取机械臂奇异条件。建立包含关节极限、奇异位形、障碍物距离信息的适应度函数。
4.根据权利要求3所述的一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，其特征在于：步骤二中，依据各个关节靠近关节极限的距离设置关节极限代价函数，同时赋予超出关节极限的代价值一个较大值，并选取其中最大值设置为极限代价值。
5.根据权利要求3所述的一种基于目标路径的地轨式七轴机械臂多目标优化方法，其特征在于：步骤二中，通过对机械臂雅可比矩阵进行奇异分离，即将6自由度的奇异回避问题分解为两个3自由度的问...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘今越，周靖铮，武毅，胥超，侯天雨，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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