基于粒子群与遗传算法优化的机械臂柔性末端振动抑制研究

摘要

为了提高机械臂末端细长柔性执行器在预定轨迹上的运行精度，并减少在狭小空间作业时由机械臂运动引起的振动，本研究提出了一种基于粒子群优化算法和遗传算法的轨迹规划策略，以实现机械臂末端振动的有效抑制.研究中，细长执行器被抽象为柔性梁并附加末端集中质量，采用笛卡尔建模方法对柔性梁的动力学进行简化.通过优化算法对机械臂末端轨迹规划的插值参数进行调整，同时考虑了执行任务过程中末端振动及停止时的残余振动，构建了以最小化振动幅值为目标的优化模型.仿真结果表明，优化后的轨迹显著降低了末端在整个运动过程中的振动幅度.随后，为确保实验中的机械臂能够精确执行该轨迹，建立了机械臂系统的多刚体运动学模型，并在奇异空间和避障约束条件下求解得到了最优的关节运动轨迹.最后，利用六自由度机械臂执行所编写的关节运动指令，并通过双目视觉系统监测柔性末端的实际运动情况，实验结果验证了本研究基于动力学的轨迹规划与优化算法在振动抑制方面的有效性.

关键词

柔性机械臂 / 轨迹规划 / 振动抑制 / 粒子群优化算法 / 遗传算法

基金资助

国家自然科学基金资助项目(12272218); 国家重点研发计划资助项目(2023YFF0713400)