钻车机械手是防突防冲钻车的重要装置,关系着钻车是否可以正常钻进及真正实现无人化。为确保钻车机械手快速、准确、平稳运行,其轨迹规划优化尤为重要。现有钻车机械手轨迹规划存在阶次较高、优化算法易早熟等问题。针对上述问题,提出了一种基于改进粒子群（PSO）算法的钻车机械手时间最优轨迹规划方法。首先,利用标准Denavit-Hartenberg（D-H）构建钻车机械手三维模型,通过蒙特卡洛法得到钻车机械手的工作空间,从工作空间中选取4个途径点作为插值点。然后,为了使钻车机械手能够快速平稳地到达指定位置,在关节空间中采用3-5-3分段多项式插值构造其轨迹。最后,通过改进PSO算法对构造的轨迹进行时间最短优化,得到钻车机械手的时间最优轨迹规划。Matlab仿真结果表明:基于改进PSO算法的钻车机械手时间最优轨迹规划方法可以在保证钻车机械手各关节运行平稳的同时,使运行时间从3.168 5 s减少到2.385 4 s,整体运行时间较优化前减少约25%,提高了机械手的工作效率。

河北省自然科学基金资助项目（E2020402064）；河北省创新能力提升计划项目（215676140H）；邯郸市科学技术研究与发展计划项目（20312904002）；

0 引言
1 钻车机械手运动学模型
1.1 钻车机械手结构
1.2 钻车机械手运动学模型
1.2.1 D-H参数确定
1.2.2 变换矩阵计算
2 钻车机械手关节空间轨迹规划
2.1 分段多项式轨迹规划
2.2 基于改进PSO算法的轨迹优化
3 仿真实验与结果分析
3.1 钻车机械手的Matlab建模
3.2 钻车机械手的Matlab仿真
4 结论

申树策,史艳楠,宋建锋,任泽,王毅颖,王翰秋.基于改进粒子群算法的钻车机械手轨迹规划研究[J].工矿自动化,2022,48(03):71-77+85.DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2021090049.