[发明专利]一种多目标优化的三自由度喷涂机器人轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种多目标优化的三自由度喷涂机器人轨迹规划方法及其加热方法，包括：支撑架，所述支撑架的上部设置有第一滑轨且第一滑轨的侧面设置有第一动力机构，所述第一动力机构的侧面设置有联动箱且联动箱设置有两组，两组所述联动箱之间设置有联动杆且联动箱的侧面设置有丝杆结构。本发明采用“七阶多项式+五次均匀B样条曲线+七阶多项式”的混合插值算法对关节空间机械臂进行轨迹规划，针对喷涂轨迹工作效率、轨迹平滑度、能量消耗三方面的优化目标，将快速非支配排序遗传算法与混合插值算法结合，利用快速非支配排序遗传算法简单易算，参数可调等特点，实现时间最优、能耗最低、冲击最小的多目标轨迹优化。

技术领域

本发明涉及喷涂机器人技术领域，更具体为一种多目标优化的三自由度喷涂机器人轨迹规划方法。

背景技术

喷涂机器人又叫喷漆机器人(spray painting robot)，是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人，1969年由挪威Trallfa公司(后并入ABB集团)发明。喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有2～3个自由度，可灵活运动。较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。

针对汽车配件、家具等含有复杂曲面的喷涂物件在喷涂过程中会产生喷涂不均匀、喷涂材料浪费等问题。因此，需要提供一种新的技术方案给予解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多目标优化的三自由度喷涂机器人轨迹规划方法，解决了针对汽车配件、家具等含有复杂曲面的喷涂物件在喷涂过程中会产生喷涂不均匀、喷涂材料浪费的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多目标优化的三自由度喷涂机器人轨迹规划方法，包括：支撑架，所述支撑架的上部设置有第一滑轨且第一滑轨的侧面设置有第一动力机构，所述第一动力机构的侧面设置有联动箱且联动箱设置有两组，两组所述联动箱之间设置有联动杆且联动箱的侧面设置有丝杆结构，所述丝杆结构延伸至第一滑轨内部且丝杆的表面设置有第一滑动块，所述第一滑动块的上部设置有第二滑轨且第二滑轨的侧面设置有第二动力机构，所述第二动力结构的动力输出端同样设置有丝杆结构且丝杆结构延伸至第二滑轨内部，所述第二滑轨内部的丝杆表面设置有第二滑动块且第二滑动块的侧面设置有第三动力机构，所述第三动力机构的侧面设置有第三滑轨且第三滑轨的内部也设置有丝杆结构。

作为本发明的一种优选实施方式，所述多目标轨迹规划方法包括运动学建模、运动学分析、轨迹目标函数和约束条件。

作为本发明的一种优选实施方式，所述多目标轨迹规划方法通过用混合插值算法进行轨迹参数化、利用关节空间的多目标轨迹进行优化建模、用精英非支配排序遗传算法计算数学模型、目标函数的优化参数和pareto最优前沿、定义权重值的方法、机构末端执行器的最优轨迹。

作为本发明的一种优选实施方式，所述关节空间的多目标轨迹进行优化建模采用5次均匀B样条曲线构造速度和加速度都连续的空间机械臂关节轨迹。然后分别以机械臂运动的时间消耗、能量消耗和轨迹冲击性作为3个相互独立的优化目标，以机械臂的关节位移、速度、加速度和关节力矩的限制作为约束条件，建立空间机械臂多目标综合轨迹规划问题的数学模型。最后使用带精英策略的非支配排序遗传算法进行模型求解。

作为本发明的一种优选实施方式，所述带精英策略的非支配排序遗传算法流程包括确定待优化参数、编码，建立规模为N的初始种群，计算种群中每个个体的目标函数值，进行快速非支配排序分层和拥挤度距离计算，在进行遗传操作，遗传操作包括选择、交叉和变异，产生规模为N的新种群，确认是否满足终止条件，如果是的话则保存优化个体，如果不是的话则进行精英策略。