[发明专利]一种基于群体智能算法的工业机器人作业点序列及轨迹规划方法

说明书

一种基于群体智能算法的工业机器人作业点序列及轨迹规划方法，它主要解决现有技术中对工业机器人作业点序列及轨迹规划方法存在自动化程度不高和科学合理性不足的问题。本发明的离散序列相似度指标（SD）用来表征序列规划中个体之间的差异（距离）；构造了一种碰撞评价指标（O），用来避免工业机器人与障碍物及机器人关节杆之间发生碰撞；对于约束条件，采用罚函数处理，引入约束惩罚项C，使工业机器人的动力学特性满足裕度要求。本发明基于上述评价指标和改进的群体智能算法，获取工业机器人的最优作业点序列及相应的最优轨迹，可以有效的提高工业机器人的执行效率和运行性能，降低成本，符合实际生产的需要。

技术领域

本发明涉及调度及轨迹规划领域，更具体地，涉及一种基于群体智能算法的工业机器人作业点序列及轨迹规划方法。

背景技术

工业机器人在工作中往往要经过若干个作业点，工业机器人从当前作业点对工件进行操作后再移动到下一个作业点继续工作，直到完成所有作业点的工作。机器人作业点序列是指工业机器人在工作中经过各个作业点并在作业点对工件进行操作的先后顺序。机器人作业点序列的选择直接影响到机器人工作过程中所用时间、机器人所走轨迹和消耗的能量等。机器人作业点序列规划问题在数学上是一个NP-hard组合优化问题，一般而言，随着工件中作业点数量的增加，机器人作业点序列方案的求解空间也会迅速复杂起来。由于工件的表面一般比较复杂，需要对工件进行操作的作业点数量较大，目前大多数由人工确定机器人对工件各个作业点进行操作的顺序，耗时较长且缺乏科学合理性。而机器人从作业点到达另一个作业点的轨迹规划是机器人执行效率和运行性能的的基础。机器人轨迹规划对机器人高效、稳定的运行有重要影响，通过轨迹规划是机器人运动平滑、稳定，减少冲击和振动，对提高机器人的稳定性、可靠性、工作效率有重要意义。在轨迹规划中要充分考虑机器人及其周围环境，根据作业任务的要求，规划出一条无碰撞、动力学特性满足裕度要求、轨迹长度和运动时间较短、能耗较少的理想轨迹。由于轨迹规划考虑的因素众多且比较复杂，难以由人工得到比较合理的轨迹。

综上所述，为了提高机器人的工作效率，寻找一条遍历所有作业点并且运行时间最短、运行轨迹最短、运行轨迹光滑且机器人能耗最小的机器人作业点序列及轨迹十分必要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在公开一种基于群体智能算法的工业机器人作业点序列及轨迹规划方法，尤指一种基于群体智能算法并对算法做出改进的一种能够遍历所有作业点并且运行时间最短、作业点间运行轨迹最短、运行轨迹光滑且机器人能耗最小的工业机器人作业点序列及轨迹规划方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案主要包括以下步骤：

步骤1、基于群体智能算法，若群体智能算法只适用于连续问题，则需将算法通过以下步骤应用于离散问题：重新定义个体的位置和两个个体之间的距离，以及重新定义个体的移动规则。

定义1)个体的位置：每个个体的位置对应一条作业点序列，第i个个体的位置表示为X_i＝[x_i,1,x_i,2,…,x_i,j,…,x_i,n]^T，表示机器人的工作过程是按照作业点P₁,P₂,…,P_n的顺序进行的，其中n为个体i的维数或作业点总数，X_i,j为个体i的第j维元素或第j个作业点P_j；

定义2)个体i,j之间的距离r_ij按以下式取得：

r_ij＝n-SD (1)