Page 122 - 工业机器人控制技术研究

R 工业机器人控制技术研究
esearch on Control Technology of Industrial Robot

化问题转换为对相邻节点的运动时间间隔的优化，在对能量消耗进行优化的同时，
保证了不会增加总运动时间。在 5 次 B 样条插值轨迹基础上，通过运动学、动
力学及总时间约束，采用改进遗传算法进行优化求解，达到了既减少了能量消耗

又提高了效率的目的。而彭建文建立了 3 种不同形式的能耗函数，将优化变量转
化成控制点的位置，分别进行了能量优化。以力矩、电机所做机械功、电机消耗
的总能量 3 种形式表示的能耗函数，均以关节角度、角速度、角加速度作为约束
条件进行优化求解，关键点在于使用 B 样条曲线参数化关节轨迹，从而能耗优

化问题变为控制点的优化问题，求解出的最优控制点即可使得能耗最优。
能量优化的大致思路与时间优化类似，在运动学、动力学约束下，建立能量
消耗函数，采取优化算法进行求解。相关研究的不同之处在于对能耗函数及优化
算法的选择上。不同的能耗函数反映的是不同形式的能量消耗指标，如何建立统

一的能量消耗函数是今后的研究方向。同时，考虑单一的能量优化应用较少，更
多的情况，需要综合考虑其他因素（如时间、冲击等），综合优化更符合实际需
求，这也是今后的研究热点。
3. 冲击优化

关节冲击是关节角加速度对时间的导数，当角加速度产生突变时就会产生冲
击。冲击将使关节运动不平稳，严重的会增加振动、机械磨损，导致结构破坏。
所以，应该尽量减少甚至避免冲击的产生，这就需要对轨迹冲击进行优化。
国际上对于轨迹冲击优化的研究，既有对评价冲击大小的指标的设定研究，

也有对于优化算法的具体应用的探讨。其中，评价冲击大小的指标可根据需要进
行制定，如对冲击最大值有限制或作业周期的平均冲击大小有限制等。常见的作
业任务一般是周期性的动作，其时间是一定的。针对这种情况，Piazzi 等提出了
一种求机械臂最小冲击 3 次样条关节轨迹的新方法，利用区间分析法对冲击优化

问题进行求解。将冲击评价函数设定为各段轨迹内最大冲击中的最小值，在总时
间一定的约束下，将该优化问题看作是一个受约束的极大极小值问题，通过区间
分析可求得全局最优解，并保证了全局最小值以任意的精度求出。Kyriakopoulos
等在假定关节位置、速度和加速度受约束的条件下，提出了一种新的度量冲击大

小的优化准则。
针对两种评价冲击大小的标准，一种是最大的加速度，另一种是整个过程冲
击的平方对时间的积分，重新推导出冲击代价函数，将冲击代价准则设定为工作

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