[发明专利]多自由度机械臂避障路径规划方法

说明书

本发明公开了一种多自由度机械臂避障路径规划方法，包括如下步骤：采用机械臂路径规划方法得到初始路径；采集初始路径中每个关节在每一预设时刻的实时信息；对所述初始路径中的实时信息进行数学建模并映射，得到Q_ec，在Q_ec中随机选择q条路径，按预设的约束条件计算可行度、适应度，将适应度最大的路径标记为合格路径；重复，直至合格路径的数量达到G，将G条合格路径记为第二代路径集合Q′_ec；对第二代路径集合Q′_ec进行交叉、变异、融合；得到第三代路径集合Q″_ec将得到的第三代路径集合Q″_ec作为Q_ec,重复，直至迭代次数为D；将最后一次迭代中得到适应度最大的路径作为最终目标路径，本方法对初始路径进行进一步优化，获得更加高效的机械臂运行路径。

技术领域

本发明涉及机械臂避障路径规划和优化方法，具体涉及一种多自由度机械臂避障路径规划方法。

背景技术

在工业机器人领域，确保机械臂运动轨迹安全性和合理性具有重要的研究意义，现有的机械臂路径规划方法有：A*，D*，人工势场法，粒子群算法，蚁群算法等，如专利CN107953334A中公开了一种基于A星算法的工业机械臂无碰撞路径规划方法，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，根据关节转动角度之和最小且不发生碰撞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；

专利CN106166750A中公开了一种改进型D*机械臂动态避障路径规划方法，根据空间机械臂特征，获得基于启发函数的路径搜索算法；将应用于七自由度机械臂D*避障路径规划进行改进，完成七自由度机械臂动态避障路径规划；

专利CN104029203A公开了一种实现空间机械臂避障的路径规划方法，通过建立窗口型障碍，利用人工势场方法找出一条机械臂末端避障路径；

这些方法存在：建模以及求解上需要花费很长的时间，场景变化需要重新建模的劣势；且都是基于空间位置考虑，并未考虑机械臂在执行路径时，关节速度、加速度、力矩等情况。

发明内容

因此本发明提出了一种多自由度机械臂避障路径规划方法，通过设置机械臂运行的优化指标(驱动系统性能指标)，对初始路径进行进一步优化，获得更加高效的机械臂运行路径。

一种多自由度机械臂避障路径规划方法，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；