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原文传递一种船舶复杂构件打磨机器人轨迹优化方法

专利名称：	一种船舶复杂构件打磨机器人轨迹优化方法
摘要：	本发明提供了一种船舶复杂构件打磨机器人轨迹优化方法，包括步骤S1）建立打磨机器人轨迹规划多目标优化模型；步骤S2）定义机器人船舶构件打磨机器人关节运动时间、能耗、平滑性三项子目标函数；步骤S3）设计船舶构件打磨机器人轨迹规划约束条件，约束条件包括运动学约束和动力学约束；步骤S4）船舶构件打磨机器人最优轨迹规划，满足时间最短和关节脉冲最小；步骤S5）采用改进的鲸鱼优化算法，对船舶构件打磨机器人最优轨迹规划目标函数进行求解；步骤S6）输出机器人最优轨迹路径；本发明降低打磨时间、减小机器人关节脉冲、使机器人运动轨迹更平滑，提高打磨质量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海船舶工艺研究所(中国船舶集团有限公司第十一研究所)
发明人：	牛延丹;韩炯;姜军;于航;王旭;张然
专利状态：	有效
申请日期：	2022-08-31T00:00:00+0800
发布日期：	2022-12-09T00:00:00+0800
申请号：	CN202211057828.1
公开号：	CN115455815A
代理机构：	上海世圆知识产权代理有限公司
代理人：	王佳妮
分类号：	G06F30/27;G06F119/02;G06F111/06;G;G06;G06F;G06F30;G06F119;G06F111;G06F30/27;G06F119/02;G06F111/06
申请人地址：	200032 上海市徐汇区中山南二路851号
主权项：	1.一种船舶复杂构件打磨机器人轨迹优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1)建立打磨机器人轨迹规划多目标优化模型；设定模型为H(x)＝(minh1(x),minh2(x),...,minhm(x))，其中，x＝(x1,x2,...,xn)T为决策变量，由n个决策子变量组成，H(x)由m个子目标函数hm(x)组成；步骤S2)定义机器人船舶构件打磨机器人关节运动时间、能耗、平滑性三项子目标函数，时间目标函数定义为h1，能耗目标函数定义为h2，平滑性目标函数定义为h3；步骤S3)设计船舶构件打磨机器人轨迹规划约束条件，约束条件包括运动学约束和动力学约束；步骤S4)船舶构件打磨机器人最优轨迹规划，使最优轨迹规划满足时间最短和关节脉冲最小；步骤S5)采用改进的鲸鱼优化算法，对船舶构件打磨机器人最优轨迹规划目标函数进行求解；改进的鲸鱼优化算将打磨速度作为中间变量，将打磨路径离散化为一系列路径点，通过计算所有搜索代理的适应度值，选取当前的最优解，根据环形收缩机制及螺旋上升机制，迭代更新种群位置，直至达到最大迭代数。步骤S6)输出机器人最优轨迹路径，最优轨迹路径为时间、能耗和平滑性最优的轨迹规划路径。 2.根据权利要求1所述的船舶复杂构件打磨机器人轨迹优化方法，其特征在于，在所述步骤S2中，时间目标函数定义为其中，Δti＝ti+1-ti，表示打磨机器人从第i个关键点至第i+1个关键点的过渡时间；能耗目标函数为定义为其中，ai为任意时刻的关节角加速度，采用平均加速度作为能耗指标，通过加速度与机器人能耗之间存在的线性关系，得到简化的能耗目标函数平滑性的目标函数为其中，ji为任意时刻的关节脉冲。 3.根据权利要求2所述的船舶复杂构件打磨机器人轨迹优化方法，其特征在于，在所述步骤S3中，运动学约束具体为其中，Vm,Am,Jm分别为第m个关节的实际速度、实际加速度和实际脉冲，Vmmax,Ammax,Jmmax分别为关节m的最大速度、最大加速度和最大脉冲。 4.根据权利要求3所述的船舶复杂构件打磨机器人轨迹优化方法，其特征在于，在所述步骤S3中，动力学约束具体为 \|τm(t)\|≤τmmax，其中，τm表示第m个关节任意时刻的力矩，τmmax表示第m个关节任意时刻的最大力矩。 5.根据权利要求4所述的船舶复杂构件打磨机器人轨迹优化方法，其特征在于，引入比例参数KT和KJ，对打磨时间和关节脉冲加权，建立轨迹最优目标函数其中，j表示关节数，i表示打磨路径上的点，li表示关节路径上两个连续点间的计算时间区间，v'j(t),v”j(t),v”j(t)分别表示第j个关节的速度、加速度和脉冲值。