[发明专利]工业机械臂路径规划方法

说明书

本发明提供了一种工业机械臂路径规划方法，包括根据机械臂标准D‑H参数建立机械臂数学模型；建立空间障碍物三维模型，应用快速扩展随机树算法搜索出一条给定的自起点到终点的最优避障路径，为提高机械臂运动过程中的稳定性，以该路径的关键节点，建立五次多项式插值函数，对该路径进行平滑处理。本发明可以在障碍物环境下快速搜寻到一条无碰撞工作路径，并有效避免激起机械臂急速工作过程中产生的机械臂共振，降低关节磨损，使得机械臂能够平稳工作，延长设备使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种工业机械臂路径规划方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，工业机器人在制造业中地位日益显著。路径规划则是机器人学领域的热点课题之一，对工业机械臂的发展起着重要的作用。路径规划问题主要针对的是在机器人工作空间内，在给定障碍物情况下，机器人能够自主搜索得到一条从起始位姿到达目标位姿的的最优避障路径。在实际的生产过程中，机械臂路径曲线良好的平滑性可以实现位移、速度、加速度线条的平滑，使得机械臂能够平稳的工作运行，降低机械臂关节的磨损，避免激起机械臂共振，因此轨迹平滑性研究也至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业机械臂路径规划方法。

为解决上述问题，本发明提供一种工业机械臂路径规划方法，包括：

根据机器人标准D-H参数建立机械臂数学模型，建立三维障碍物环境模型根据所述机械臂数学模型和三维障碍物环境模型，并采用RRT算法在障碍物环境中找到一条所述机器人的机械臂从起始位姿到目标位姿的避障路径；

找到所述避障路径中的关键任务点并求解关节角，使用五次多项式插值规划相邻的关键任务点之间的关节运动规律，根据所述关节运动规律，输出对所述避障路径优化后的平滑路径以及关节角的运动规律图。

进一步的，在上述方法中，根据机器人标准D-H参数建立机械臂数学模型，建立三维障碍物环境模型根据所述机械臂数学模型和三维障碍物环境模型，并采用RRT算法在障碍物环境中找到一条所述机器人的机械臂从起始位姿到目标位姿的避障路径，包括以下步骤：

步骤1：按照机器人标准D-H参数建立机械臂数学模型；

步骤2：建立三维障碍物环境模型，其中，障碍物采用球形包络描述为A(B0,r),其中B0(x0,y0,z0)为球心在基坐标系中的坐标，r为球的半径；

步骤3：对随机树Tinit进行扩展，随机树将Tinit将Qinit作为起点，将Qgoal作为目标点；并将Qinit作为本次扩展的父节点；

步骤4：从当前定义的父节点Qinit开始扩展，在地图空间C中随机生成探索点Qrand，然后在当前随机树中找到距离Qrand最近的点Qnear；

步骤5：在沿着Qnear和Qrand的方向上，找到距离Qnear为deltaq的Qnew，其中，deltaq≤ρ；若没有遇到障碍物，则Qnew添加到树中，转至步骤6；若遇到障碍物，则舍弃Qnew，转回步骤4；

步骤6：更新随机树Tinit，将Qnew作为随机树Tinit下一次扩展的父节点；

步骤7：综合随机树Tinit规划好的路径点，得到优化序列避障路径Q1(Qinit),Q2,Q3,...,Qn(Qgoal)。

进一步的，在上述方法中，步骤S2，找到所述避障路径中的关键任务点并求解关节角，使用五次多项式插值规划相邻的关键任务点之间的关节运动规律，根据所述关节运动规律，输出对所述避障路径优化后的平滑路径以及所述机械臂的运动规律图，包括：

步骤8：建立五次多项式插值函数，包括：角位移、角速度、角加速度的函数表达式分别为：