[发明专利]一种基于RRT-Connect算法的机器人钣金折弯进出料路径规划方法

权利要求书

1.一种基于RRT-Connect算法的机器人钣金折弯进出料路径规划方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一：将六自由度机器人在钣金折弯进出料过程的路径规划问题转化为机器人末端执行器在二维平面带旋转自由度的三维运动规划问题；

步骤二：对原始RRT-Connect路径规划算法进行改进，采用双步长扩展的节点扩展方式，并添加基于障碍判断的导向策略，实现算法的时间优化；并采用改进的RRT-Connect算法进行路径规划，得到可行的避障路径；

步骤三：如果可行的避障路径存在波动性，则进一步采用优化方法减少波动性，以提高机器人进出料的运动平稳性和效率；

所述步骤一中的将六自由度机器人在钣金折弯进出料过程的路径规划问题转化为机器人末端执行器在二维平面带旋转自由度的三维运动规划问题是指在已知初始位姿节点q₀，末态位姿节点q_e，求解中间无碰撞路径节点q_i（x，y，θ），其中x，y，θ分别为机器人末端的二维平移变量和平面旋转角度；所述的步骤二中的采用改进的RRT-Connect算法进行路径规划得到可行的避障路径是通过建立以初始节点和末态节点为根节点的两棵树，最终两棵树完成连接得到可行的避障路径，在改进的RRT-Connect算法中比较节点之间距离时，引入变加权数α计算节点之间的对比距离，变加权数α：

；

同时采用双步长扩展的节点扩展方式，添加基于障碍类型的导向策略，减少对于无用空间的搜索。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的双步长扩展的节点扩展方式是在RRT-Connect算法的扩展和连接两个阶段对机器人末端的平面旋转角度θ分别采用不同的步长进行扩展：在随机扩展阶段使θ的步长为固定的扩展值θ_step；在第二棵树向第一棵树进行连接时，采用旋转角度变化跟随平移坐标变化的方式，计算旋转角度步长大小θ_link，使旋转角度和平移坐标同步到达目标点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的基于障碍类型的导向策略是在探索路径节点发生碰撞时，对障碍物类型进行判断，据此确定下一步的扩展方向，减少对于无用空间的搜索；针对机器人钣金折弯加工环境，与工件可能产生碰撞的障碍物主要有三种：上模，下模，机床和机器人。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，针对RRT-Connect路径规划算法获得可行避障路径的波动性问题和机器人运动的平稳性要求，对可行避障路径进行进一步优化，以改善机器人进出料的运动平稳性和效率；路径的优化分为两步：首先，以搜索步长5-10倍大小的窗口过滤高频波动的路径段，即连接其起点终点，以减少路径的波动性；同时，合并无波动的单调路径段，即连接其起点终点，以减少路径段数；其次，对完全波动的路径段采用迭代线性化与碰撞检测，即无碰撞线性优化，以获得最少段数的无碰撞路径。