[发明专利]一种机械臂动态避障路径规划方法

说明书

本申请属于路径规划寻优方法技术领域，尤其涉及一种机械臂动态避障路径规划方法。包括如下步骤：检测障碍，删除失效点，筛选连接有效点完成路径规划；基于进行节点生长以生成新的路径，生成中继节点；查询分支节点，选择代价函数值最小的点作为生长点；选择在消耗代价最小的点为路径修复的生长目标节点；本申请的机械臂动态避障路径规划方法以中继点方法和连接策略为修复方法实现机械臂的动态避障，实现了更少的运行时间和更短的修复轨迹。通过对修复过程中的路径点进行分析和选择，提高重规划的修复质量和成功率。

技术领域

本申请属于路径规划寻优方法技术领域，尤其涉及一种机械臂动态避障路径规划方法。

背景技术

在执行任务过程中，机械臂受外界环境的影响会导致当前的执行轨迹失效，如何快速地修复失效规划是机械臂在动态环境下作业的关键。因障碍物而导致规划失效的问题一般有两种解决方案：一种是放弃已有的规划，从当前位置重新进行规划；另一种是建立缓存区域，保留上次规划中有效的信息用于重规划修复。例如ERRT算法提出路径缓存的方法，利用缓存信息对已经失效的规划路径进行修复。

实验中的移动机器人在躲避障碍物、避免剧烈震荡和局部最小值等问题，例如DRRT算法在动态环境影响初始规划时，首先对失效搜索树的分支进行修剪，然后向目标点进行重新规划。

为了进一步提高路径规划过程的效率以及节省算力资源，考虑到重规划中的路径点选择存在一定盲目性，需要对该过程中的技术性能提出更多要求，如更少的运行时间和更短的修复轨迹。

发明内容

本申请的目的在于，通过对现有路径规划方法的基本过程中路径缓存方法的存在问题的优化，提出一种能够对修复过程中的路径点进行分析和选择，提高重规划的修复质量和成功率的机械臂动态避障路径规划方法。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案。

一种机械臂动态避障路径规划方法，包括如下步骤：

步骤一、基于初始规划路径控制机械臂运动，利用传感器检测可能存在的动态障碍，当监测到下一路径点被动态障碍阻断时，删除路径规划搜索树中的失效点，抛弃已经经过的路径点及其分支，整理后得到位于失效点前侧的路径V_backward和位于失效点后侧的路径V_valid；基于搜索树查询V_backward和V_valid的路径点中是否存在相临近的点V_l和V_m，能够在检索范围内直接连接且不会与更新后的障碍发生碰撞，所述检索范围是指以V_l和V_backward中V_m两点的中点O_e＝(V_l+V_m)/2为圆心，预设参数ε为半径的范围；如果存在这样的点，则将V_l和V_m连接，完成路径规划；若无法获得有效路径，则执行步骤二；

步骤二、基于进行节点生长以生成新的路径，根据动态障碍物和机械臂当前的运动位置和状态，生成一个位于机械臂和障碍物之间的无碰撞中继节点q_relay；查询q_relay到V_backward之间搜索树的最末端分支节点，并将这些节点根据父子关系的顺序设为N＝[N₁,N₂,......N_m]^T；为了从分支节点中确定一个生长起始节点q_start且使其生长到V_valid＝[V₁,V₂,......V_n]^T的代价更小，定义选择代价函数

其中