[发明专利]基于改进A*算法的工业机械臂无碰撞路径规划方法

说明书

基于改进A*算法的工业机械臂无碰撞路径规划方法，先对六自由度机械臂进行参数化建模，并建立机械臂的正逆运动学模型；再建立机械臂及环境的OBB包围盒；然后设置A*算法的估价函数和搜索步长，采用基于分离轴的碰撞检测算法在搜索的每一步中判断机械臂是否与环境发生碰撞；再根据关节转动角度之和最小且不发生碰撞的原则，在机械臂的六维关节空间中进行搜索，得到无碰撞的路径；本发明将传统的A*算法的搜索步长设置为变步长，能够实现六自由度的机械臂在C空间的无碰撞路径搜索，具有计算简单，搜索效率高的优点。

技术领域

本发明涉及工业机器人路径规划技术领域，具体涉及基于改进A*算法的工业机械臂无碰撞路径规划方法。

背景技术

路径规划是控制工业机器人按照人工预设的路径运动完成作业任务，决定了机器人的工作方式与工作效率。路径规划技术是工业机器人自动化生产的基础，也是智能制造业必不可缺的重要组成部分。针对六自由度的工业机械臂，传统的无碰撞路径规划方法是基于C空间法(构型空间法)的路径规划，但是在求解C空间的障碍物边界时，需要将工作空间的障碍物区域转换到C空间，这需要大量的计算，并且精确的障碍域难以获得。

现有的基于A*算法的路径规划，很多是在工作空间(笛卡尔空间)进行路径搜索，这样规划出的最短路径并不是关节变化量最小的路径，所以需要在C空间进行路径规划。而针对C空间的路径规划，由于在六维空间的搜索问题的复杂性，现有的算法大多忽略了几个自由度，对搜索空间进行了一定的简化，这样得到的路径也是简化后的，并不能够保证路径的安全性。为了得到准确避障的路径，往往需要设置较小的搜索步长，搜索步长与避障准确度是相互矛盾的，如何在保证无碰撞的前提下提高搜索效率是需要解决的问题。

综上所述，针对六自由度机械臂在C空间的路径规划，传统的无碰撞路径规划的方法需要大量计算，并且精确的障碍域难以获得。传统的A*算法不适用于六维空间的搜索问题，并且搜索效率有待提高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于改进A*算法的工业机械臂无碰撞路径规划方法，可以实现六自由度机械臂的无碰撞路径规划，具有计算简单，搜索效率高的优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于改进A*算法的工业机械臂无碰撞路径规划方法，包括以下步骤：

步骤1、对六自由度机械臂进行参数化建模，并建立机械臂的正逆运动学模型：

采用D-H法描述机械臂的位姿，建立机械臂的连杆坐标系，确定机械臂的D-H参数；

根据D-H参数，连杆i和连杆i-1相对位置的齐次变换矩阵^i-1A_i为：

式中C_i＝cosθ_i，S_i＝sinθ_i，其中i表示机械臂的连杆个数，i＝1,2,3,4,5,6；

将各关节的齐次变换矩阵相乘，得到了机械臂末端执行器的齐次变换矩阵为：

其中，p_x,p_y,p_z表示平移变换在x，y，z三个方向的分量，n＝[n_x n_y n_z]，o＝[o_x o_yo_z]，a＝[a_x a_y a_z]，分别为绕x，y，z三个方向旋转矢量；