Page 117 - 工业机器人控制技术研究

第四章 工业机器人的性能优化

加速度、加速度的连续，改善了轨迹连接过渡的平滑性，并且使轨迹具有局部性，
方便对轨迹进行局部修改，避免了对轨迹的整体影响。在精度要求越来越高的需
要下，样条曲线将更多地用于轨迹规划。然而，基本轨迹规划算法以及改进规划

算法只考虑了轨迹的连续、平滑，未考虑实际作业要求中的效率、能量、冲击等
问题，对此需要对轨迹进一步优化，研究学者们对此进行了深入的研究，提高了
轨迹的质量。

二、关节空间轨迹优化

轨迹优化是在轨迹规划的基础上，进一步改善轨迹的性能。轨迹优化的主要
原因有两个：一是由于作业任务限制，需要改善轨迹才能完成作业；二是实际作
业要求需要获得更大的效益，为此需要提高效率、减少能量消耗、减少冲击等。

轨迹优化的目的在于改善轨迹性能以适应实际作业要求。按照优化目标的数量，
分为单目标优化和多目标优化。单目标优化主要包括时间优化、能量优化、冲击
优化；多目标优化主要包括时间—能量优化、能量—冲击优化、时间—能量—冲
击优化等。研究学者对于轨迹优化问题的研究从最初的单一目标的优化，到现在

更多地对多目标优化进行研究。总的来说，对于轨迹优化的研究从两方面展开，
一是优化目标的确定，二是优化求解算法的使用以及相应算法的改进。
（一）单目标优化
1. 时间优化

不同的作业任务对轨迹有着不同的要求，但通常来说都会考虑效率的高低，
即完成作业时间的长短。随着工业现代化对生产效率的要求越来越高，在满足平
稳性的基础上，对时间的优化就显得尤为重要，这也是研究的热门方向。
对轨迹时间进行优化的原理是在满足运动学和动力学的约束条件下，优化轨

迹，尽可能减少运动时间以提高工作效率。而其中在约束条件下的优化求解算法
是研究的重点，全球学者对此开展了大量研究。在考虑运动学约束条件下，寻找
时间最优轨迹是较早开始的研究。Lin 等对关节空间相邻点采用 3 次多项式进行
轨迹规划，并在运动学约束条件下，利用柔性多面体搜索算法进行时间优化的求

解，取得了很好的效果。但是求出的解为局部最优解，针对这个问题，Piazzi 等
提出了一种区间分析算法，用于求解轨迹总行程时间的全局最优，该方法利用分
支定界原理，可以任意高精度求解非线性约束优化问题。并且，后续在此基础上，

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