基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法及系统

本发明涉及机械臂轨迹规划，尤其涉及基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、在外肢体机器人的控制中，轨迹规划是一项重要的基础研究。通过设置路径时间信息，可以规划机械臂在各个路径点之间的运动学参数，进而提高机械臂的运动精度和稳定性。采用多项式插值轨迹规划时，随着插值次数的增加，计算量急剧增加，可能会导致“龙格现象”，从而使机械臂轨迹规划拟合的曲线不收敛、出现震荡，拟合性变差，插值效果不理想。对机械臂轨迹进行优化，能有效解决机械臂效率低、能耗高、冲击大等问题。由于外肢体机械臂轨迹优化问题的高度耦合性和非线性特性，目前许多轨迹优化方法很难获得其最优解或次优解。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法及系统，通过改进的白鲨优化算法对多项式插值轨迹模型中的时间进行优化，获得关节运行轨迹，机械臂关节按照该运行轨迹进行运动时，运动时间最短。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，提出了基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法，包括：

4、获取机械臂关节中每个插值点的关节角度；

5、根据各插值点的关节角度和多项式插值轨迹模型，获得关节运行轨迹；

6、其中，以所有插值时间之和最小为目标，通过改进的白鲨优化算法确定多项式插值轨迹模型中的每段插值时间。

7、第二方面，提出了基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划系统，包括：

8、关节角度获取模块，用于获取机械臂关节中每个插值点的关节角度；

9、最优关节角度确定模块，用于根据各插值点的关节角度和多项式插值轨迹模型，获得关节运行轨迹；其中，以所有插值时间之和最小为目标，通过改进的白鲨优化算法确定多项式插值轨迹模型中的每段插值时间。

10、第三方面，提出了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法所述的步骤。

11、第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法所述的步骤。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

13、1、本发明通过改进的白鲨优化算法对多项式插值轨迹模型中的时间进行优化，获得关节运行轨迹，机械臂关节按照该运行轨迹进行运动时，运动时间最短，能够更快速、平稳地从初始点运动到目标点，从而有效缩短机械臂的运行时间。

14、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，设定关节有四个插值点，四个插值点包括初始点、目标点及初始点与目标点之间的两个过程点。

3.如权利要求1所述的基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，采用3-5-3分段多项式插值法构建多项式插值轨迹模型。

4.如权利要求1所述的基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，在通过改进的白鲨优化算法确定插值时间时，除构建所有插值时间之和最小为目标的目标函数外，还限定外肢体机械臂的关节角度、角速度和角加速度分别满足关节角度约束、角速度约束和角加速度约束。

5.如权利要求4所述的基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，通过改进的白鲨优化算法确定插值时间的过程为：

6.如权利要求5所述的基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，在每次迭代过程中，均根据据白鲨的当前位置计算每个白鲨的适应度值；根据白鲨的适应度值，确定当前的白鲨全局最佳位置向量；根据当前的白鲨全局最佳位置向量确定白鲨的更新位置；通过白鲨的更新位置对白鲨的当前位置进行更新，确定更新后的白鲨位置；更新后的白鲨位置作为下一次迭代过程中白鲨的当前位置。

7.如权利要求6所述的基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，将白鲨的当前位置与白鲨的更新位置相加后乘以2倍的随机数，获得更新后的白鲨位置。

8.基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项所述的改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法的步骤。

技术总结
本发明公开的基于改进的白鲨优化算法的机械臂轨迹规划方法及系统，包括：获取机械臂关节中每个插值点的关节角度；根据各插值点的关节角度和多项式插值轨迹模型，获得关节运行轨迹；其中，以所有插值时间之和最小为目标，通过改进的白鲨优化算法确定多项式插值轨迹模型中的每段插值时间。通过改进的白鲨优化算法对插值时间进行优化，最终获得关节运行轨迹，机械臂关节按照该关节运行轨迹进行运动时，运动时间最短。

技术研发人员：王艳红,孙如月,郑玉坤,宋锐,闫相翰,刘义祥,付天宇,田新诚
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13