[发明专利]基于分层搜索树实现工件自动布置的变位机路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于分层搜索树实现工件自动布置的变位机路径规划方法，包括以下步骤：S1、初始化分层搜索树；S2、计算规划空间并采样，计算工件焊缝位置约束函数；S3、选择扩展起始点并计算扩展终止点，根据工件焊缝位置代价函数，从搜索树中选择到采样点代价最小的n个节点作为候选扩展点；S4、生成局部路径，根据插值函数计算局部路径，对局部路径每一个离散点进行约束判定；S5、判断分层搜索树当前层采样是否结束以及算法是否结束。本发明通过分层搜索树的逐层建立过程，能够给出一定分辨率下的变位机的所有满足约束的路径组合，从组合中根据代价函数来选取最优路径，该方法能够满足概率完备性，当问题无解时，方法能够较快终止。

技术领域

本发明属于机器人工程技术领域，具体涉及基于分层搜索树实现工件自动布置的变位机路径规划方法。

背景技术

在焊接场景中，通常需要变位机来调整工件的位置，使焊接机器人更加方便地进行焊接。由于工件通常是固接在变位机上的，因此变位机在焊接过程中的运动将会影响工件焊缝的位置，而焊缝的位置决定着最终的焊接质量。因此，变位机的运动路径影响最终的焊缝质量，对变位机进行路径规划有重大意义。

焊接过程中，焊缝位置一般有平焊、横焊、立焊和仰焊。平焊中的俯仰角和倾斜角都需要控制在一定的范围内，以保证熔化金属能够稳定成型，避免偏焊。文献《Kinematicaspects of a robot-positioner system in an arc weldingapplication》给出机器人变位机系统的运动学原理，并给出焊缝俯仰角与倾斜角的描述，该文献给出焊缝位置的约束函数与代价函数，可作为变位机路径规划的约束和评价指标。然而，在明确约束与代价函数后，若以传统的优化方法，或用局部启发式的智能搜索方法，则会因路径点数太多而导致变量太多，路径求解困难且算法的优化效果较差。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种基于分层搜索树实现工件自动布置的变位机路径规划方法，通过分层搜索树的逐层建立过程，能够给出一定分辨率下的变位机的所有满足约束的路径组合，从组合中根据代价函数来选取最优路径，该方法能够满足概率完备性，当问题无解时，方法能够较快终止。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于分层搜索树实现工件自动布置的变位机路径规划方法，包括以下步骤：

S1、初始化分层搜索树，确定分层搜索树的根和结束条件；

S2、计算规划空间并采样，计算工件焊缝位置约束函数，根据焊缝位置约束和避障约束从搜索树第二层开始计算变位机的规划空间，并从规划空间中采样合法位形；

S3、选择扩展起始点并计算扩展终止点，根据工件焊缝位置代价函数，从搜索树中选择到采样点代价最小的多个节点作为候选扩展点；

S4、生成局部路径，使用关节插补方式生成局部路径，对局部路径每一个离散点进行约束判定，若满足约束则将扩展终止点加入到搜索树；

S5、判断结束条件，判断分层搜索树当前层采样是否结束以及算法是否结束。

进一步的，步骤S1中，确定分层搜索树的根具体为：

搜索树的根为用户定义或从第一个路径点对应的规划空间进行采样，规划空间需要使得变位机满足避障以及使工件处于船型焊，即为最适合焊接的位置；

确定分层搜索树的结束条件具体为：

分层搜索树的结束条件为分层搜索树扩展到最后一个路径点。

进一步的，步骤S2中，计算规划空间并采样具体为：

S21、离散变位机的规划空间，对变位机的所有位形进行穷举，其所有位形的集合为：