[发明专利]一种基于GA-PSO算法的示教再现轨迹优化方法

说明书

本发明涉及一种基于GA‑PSO算法的示教再现轨迹优化方法，包括以下步骤：1)进行直接示教时，根据设定的采样周期对机器人的轨迹进行下采样，实时记录机器人各关节的角度值；2)采用GA‑PSO算法作为优化算法，获取最优的轨迹点时间间隔序列；3)根据优化后时间间隔序列和对应的采样轨迹点进行三次样条插值，得到优化后的示教轨迹；4)在进行示教轨迹再现时，将优化后的示教轨迹根据控制周期进行离散化，发送给机器人控制器，完整再现整个示教轨迹。与现有技术相比，本发明具有去除冗余轨迹信息、平稳运行、无停顿和突然加速等优点。

技术领域

本发明涉及工业机器人操作控制领域，尤其是涉及一种基于GA-PSO算法的示教再现轨迹优化方法。

背景技术

示教再现是目前主流的工业机器人操作控制方式，常用的示教方法包括示教盒示教、操纵杆示教、主从机器人示教以及直接示教。

其中，直接示教法能以直接拖动方式实现复杂轨迹的示教，具有操作简单、示教方便等优点，在一些要求执行复杂轨迹的任务中有很高的应用价值。但是由于人手在直接示教的时候，可能会存在抖动，而且在示教过程中很难时刻满足机器人的角速度约束与角加速度约束，若直接采用示教轨迹跟踪的方式进行示教再现，机器人在运动过程中会产生抖动，或者不满足其运动学约束(主要是速度约束或加速度约束)而影响跟踪精度，甚至缩短机器人的使用寿命与机械性能。因此，需要对示教轨迹进行规划与优化。

目前在国内存在一些与机器人直接示教相关的专利，但是其中大多数都是关于使用示教盒或操纵杆进行示教，这些示教方法对操作人员有着较高的编程要求，而且示教步骤繁杂，不适用于对复杂轨迹任务的示教。还有少数专利使用直接示教的方式，但是这些专利一般只通过对采集到的轨迹序列进行滤波处理来消除高频抖动，然后根据数据复现周期与控制周期，一次发送给机器人，实现轨迹再现。目前公开的专利都没有考虑机器人本身的运动学约束(速度约束与加速度约束)。若要使得机器人能平稳运行，这就要求操作人员进行示教的同时要考虑机器人的运动学约束，操作技巧要求高。然而现实中，对于某些复杂任务，很难拖动操作人员直接示教出符合任务要求与机器人运动学约束的示教轨迹。对这些轨迹进行再现时，需要后期对示教轨迹进行人工优化。这种方式造成的时间与人力成本高，一定程度上减少了了直接示教技术适用的应用场景。

综上所述，传统的示教技术使用示教盒或操纵杆进行示教，编程要求高，步骤繁杂，不适用于复杂任务，而直接示教方法对操作人员技巧要求高，耗时大，不易得到符合实际要求的示教轨迹。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于GA-PSO算法的示教再现轨迹优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方法来实现：

一种基于GA-PSO算法的示教再现轨迹优化方法，包括以下步骤：

1)进行直接示教时，根据设定的采样周期对机器人的轨迹进行下采样，实时记录机器人各关节的角度值，并将各关节时间序列存储在上位机中；

2)采用GA-PSO算法作为优化算法，以最小化示教轨迹的运动时间为最优化目标，以机器人的运动满足小于最大加速度与最大运行速度为限制条件，引入惩罚函数进行最优化求解，获取最优的轨迹点时间间隔序列；

3)根据优化后时间间隔序列和对应的采样轨迹点进行三次样条插值，得到优化后的示教轨迹；

4)在进行示教轨迹再现时，将优化后的示教轨迹根据控制周期进行离散化，发送给机器人控制器，完整再现整个示教轨迹。

所述的步骤1)中，采样周期大于机器人的控制周期，用以去除不必要的冗余信息，消除轨迹中的高频噪声。

所述的步骤1)中，下采样得到的采样轨迹为：