[发明专利]一种基于改进型鲸鱼搜索方法的机械臂轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种基于改进型鲸鱼搜索方法的机械臂轨迹规划方法，包括步骤1：导入三维模型；步骤2：建立机械臂六自由度结构本体的空间坐标系；步骤3：定义三维模型运动参数，获取位姿；步骤4：机械臂运动时间最优模型的建立；步骤5：定义约束条件；步骤6：利用改进型鲸鱼搜索方法对机械臂做轨迹规划，采用本发明的方法能更快得到全局最优解，并且结果具有更高的精准度。

技术领域

本发明属于工业机器人与计算机应用领域，具体涉及一种基于改进型鲸鱼搜索方法的机械臂轨迹规划方法。

背景技术

随着现代人工智能技术的迅猛发展，制造业朝着集成化和自动化的方向发展，服务于机械领域的工业机器人也迅速崛起。在智能化的大环境下，对工业机器人自动化程度和精准度的要求也越来越高。但工业机器人本体研发与实际测试投入成本偏高，效率较低，故需在实现生产前对设计的工业机器人做仿真实验，以分析其性能是否符合要求。

通常是对仿真模型先后进行运动学求解、动力学求解、轨迹规划等。越来越多的工业机器人轨迹规划应用实例表明，仅考虑连续性和平滑度的轨迹规划是不能满足大多数工业需求的，还需考虑能耗、效率、冲击等问题，从而提升轨迹的性能。这就需要针对不同的任务要求提出轨迹规划的约束条件，以达到轨迹优化的目的。一般采用智能优化方法对目标进行优化，但常用于轨迹规划研究的智能优化方法均存在参数多、计算过程复杂等缺点。近几年提出的一种鲸鱼搜索全局最优值的方法，相对大多数的智能优化方法而言，虽具有参数少、结构简单等优点，但容易陷入局部最优解。

综合来讲，目前的机械臂轨迹规划方法不能同时满足分析过程计算量小和计算结果准确及可靠度高等要求。

发明内容

本发明目的：为了解决现有机械臂轨迹规划方法无法同时满足分析过程计算量小和计算结果准确及可靠度高等要求，本发明提出了一种基于改进型鲸鱼搜索方法的机械臂轨迹规划方法，此方法大大减少了计算量，同时也满足高精度的要求，可应用于工业机器人的轨迹规划。

技术方案：一种基于改进型鲸鱼搜索方法的机械臂轨迹规划方法，包括以下步骤：

步骤1：获取机械臂各连杆参数，构建机械臂的三维模型，以及构建在实际应用场景中与机械臂运动存在交互的主体的三维模型；

步骤2：定义机械臂各关节的空间坐标系；其中，将关节i的空间坐标系的各方向轴分别定义为x_i、y_i、z_i轴；θ_i为x_i-1轴绕z_i-1轴旋转至x_i轴的角度；

步骤3：在步骤2的空间坐标系下，基于机械臂需完成的任务，设定主体与机械臂末端操作器之间的路径点；通过模拟机械臂执行任务，得到设定的每个路径点对应的机械臂末端操作器的位姿；

步骤4：根据任务要求，对相邻的两个路径点之间的运动时间进行定义，得到完成整个任务所需的总时间；基于完成整个任务所需的总时间，建立机械臂运动时间最优的数学模型；

步骤5：以步骤4建立的数学模型作为鲸鱼优化搜索方法的目标函数，以机械臂各关节的运动学参数的最大值作为鲸鱼优化搜索方法的约束条件，采用鲸鱼优化搜索方法得到最优运动时间；

步骤6：基于最优运动时间，规划得到机械臂的运动轨迹。

本发明在软件ROBCAD中构建机械臂的三维模型和构建在实际应用场景中与机械臂运动存在交互的主体的三维模型。

进一步的，步骤2具体包括：

将机械臂连杆i+1两端关节的公垂线与关节i轴线的交点定义为原点，沿该公垂线并指向i+1关节的方向建立x_i轴，沿关节i轴线建立z_i轴，通过右手法确定y_i轴。