[发明专利]多自由度机械臂避障路径规划方法

权利要求书

1.一种多自由度机械臂避障路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、采用机械臂路径规划方法对机械臂进行路径规划，得到初始路径，所述机械臂的关节数为m；

S2、所述机械臂沿初始路径运动，采集每个关节在每一预设时刻的实时信息；

所述实时信息包括：当前运动时刻t_ij、关节空间信息Z_ij、速度v_ij、加速度a_ij以及驱动力矩信息τ_ij，i＝1,2,3……m；j表示当前时刻，j＝1,2,3……n；n为预设时刻的总数；所述关节空间信息Z_ij为当前关节的角度信息；

S3、对所述初始路径中的实时信息进行数学建模并映射，得到包含多条路径信息的集合，单条路径信息包括基于预设的运动时间和各关节的角度计算得到的特定时刻各关节的速度、加速度和驱动力矩；

S4、记所述包含多条路径信息的集合为Q_ec，e对应第几条路径，c对应第几次迭代；e＝1,2,3……r，r为路径的总条数；c＝1,2,3……D，D为预设的迭代总数；Q_ec包含信息为：第c次迭代第e条路径第i个关节在第j时刻所对应的时间t′_eijc、角度Z′_eijc、速度v′_eijc、加速度a′_eijc以及驱动力矩信息τ′_eijc；

在Q_ec中随机选择q条路径，按预设的约束条件计算其对应Q_ec的可行度，当可行度不满足预设的可行度阈值时，剔除当前路径；遍历q条路径，将所有剩下的路径组成的集合记为q’；计算q’中各条路径的适应度，将适应度最大的路径标记为合格路径；

将Q_ec中合格路径剔除后的集合作为新的Q_ec，采用相同方法筛选合格路径，直至合格路径的数量达到G，将G条合格路径组成的集合标记为第二代路径集合Q′_ec；其中G＝10％～40％r；

S5、对第二代路径集合Q′_ec随机进行交叉处理，得到杂交后的路径，对杂交后的路径进行变异处理；同时，将发生变异的和未发生变异的路径融合；得到第三代路径集合Q″_ec，其包含的路径条数为90％～110％r；

S6、将得到的第三代路径集合Q″_ec作为步骤S4中的Q_ec，在其中筛选q条路径，再采用相同方法获取第二代路径集合Q′_ec，再利用步骤S5方法获取第三代路径集合Q″_ec,重复本步骤，直至迭代次数为D；将最后一次迭代中得到的第三代路径集合Q″_ec中适应度最大的路径作为最终目标路径。

2.如权利要求1所述多自由度机械臂避障路径规划方法，其特征在于：还包括S7、机械臂沿所述目标路径运动，进行碰撞检测，若机械臂与环境发生碰撞，则重新设置S4约束条件中的机器人可达工作空间，重新进行步骤S4。

3.如权利要求1所述多自由度机械臂避障路径规划方法，其特征在于：模型映射采用Logistic映射或McDill-amateis模型。

4.如权利要求3所述多自由度机械臂避障路径规划方法，其特征在于：模型映射采用Logistic映射，计算Logistic映射的输入参数：混沌变量β_j+1、路径空间波动范围Δt_j；

β_j+1＝μβ_j(1-β_j)

人为设定：初始混沌变量β₁，取值：0≤β₁≤1，混沌系数μ，取值：0≤μ≤4；β_j为所述初始路径上当前时刻的混沌变量，β_j+1所述初始路径上下一时刻的混沌变量；

和为对应的Δt_j的变化区间，通过人为设定，用于限制每个路径种群Q_m中每个关节空间信息相对于初始路径中每个关节空间信息的波动范围。