Page 126 - 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

对关节总运行时间、平均加速度以及平均冲击进行优化，优化后的轨迹时间明显
减少，且冲击曲线更加平滑，运动更加平稳。王磊采用 5 次样条曲线进行关节空
间轨迹插值，使用 NSGA-II 算法将时间、能量、冲击 3 个优化目标函数设置为 3

个适应度函数的形式，同时对 3 个目标函数进行优化，并且将运动约束条件通过
增加惩罚函数的方式将优化问题转化为无约束问题进行求解，进一步提高了算法
效率。同多目标粒子群算法一样，求出的均是最优解集，需要从最优解集中按照
侧重目标选择一组最优解。

对于轨迹的多目标综合优化，需要解决的问题是代价函数的确定以及优化方
式的选择。现阶段综合优化代价函数均采用的是附加权系数的方式将各优化目标
简单组合，转化为单目标优化问题进行求解。虽然进一步地改进算法可对权值进
行自适应调整，但是各优化目标的内在联系仍然未知。另外，也有少数研究学者

采用设置约束的方式，只优化最重要的一个目标而将其他目标作为约束限制条件，
其结果主观性较大，并且达不到全局最优。
同时，随着应用领域的扩大，还有其他要素也需要进行优化，今后的发展方
向应该是研究各优化目标的相互关系，设定更符合实际的代价函数，采用优化算

法对多目标同时优化来达到综合性能的最优。
工业机械臂轨迹优化是在规划轨迹的基础上，对轨迹的速度、加速度、加速
度进行重新规划，从而实现既定的优化目标。总的来说，按照不同的优化目标分
为时间优化、能量优化、冲击优化等单目标优化以及时间—能量、时间—冲击、

时间—能量—冲击优化等多目标优化。相比笛卡尔空间而言，关节空间轨迹规划
及优化简单，且能够满足大多数作业要求，所以轨迹规划及其优化集中在关节空
间中进行研究。当然，对于末端执行器有特殊轨迹要求的作业任务，必须在笛卡
尔空间进行轨迹规划，而随着逆运动学、动力学算法的研究深入、完善，笛卡尔

空间规划将更符合复杂作业实际需求，也将更好地发挥其优势。现阶段，大多数
研究对象集中在应用最多的串联关节型工业机器人，随着3C产业的发展，对速度、
精度的要求逐步提高，并联型工业机械臂将得到更广泛的应用，对并联型机械臂
的轨迹规划也将受到更多关注。

总结以上研究，工业机器人关节空间轨迹规划已有了较为成熟的应用，轨迹
优化的研究也取得了一定突破，未来的研究发展主要考虑有如下几个方面：
从轨迹规划算法来看，目前比较成熟的算法是采用 3 次、5 次以及更高次数

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