The invention discloses a collision free path planning method for industrial manipulator based on A star algorithm. Firstly, the six degree of freedom manipulator is parameterized and the forward kinematics model of the manipulator is established. After that, the OBB bounding box of the mechanical arm and the environment is constructed. Then, the evaluation function and the search step of the A star algorithm are set up, and the collision detection algorithm based on the separation axis is used to determine whether the manipulator collides with the environment in every step of the search. Finally, the collision free path is searched in the six dimensional joint space of the manipulator according to the minimum joint rotation angle and no collision principle. The invention solves the problem that the traditional A star algorithm can not search successfully for the six degree of freedom manipulator, and improves the search efficiency of the algorithm, and puts forward an effective method for the path planning of the industrial manipulator under the known obstacle distribution.
【技术实现步骤摘要】
一种基于A星算法的工业机械臂无碰撞路径规划方法
本专利技术涉及工业机器人路径规划
,具体为一种基于A星算法的工业机械臂无碰撞路径规划方法。
技术介绍
工业机器人作为“中国制造2025”的十大重点领域之一,工业机器人正逐渐被广泛应用到各种制造生产线上以提高生产线的智能化水平。路径规划是控制工业机器人按照人工预设的路径运动完成作业任务,决定了机器人的工作方式与工作效率。路径规划是工业机器人运动控制的基础,也是工业机器人重要的研究领域之一,路径规划技术是工业机器人自动化生产的基础,智能制造业所必不可缺的重要组成部分。针对六自由度的工业机械臂,传统的无碰撞路径规划方法是基于C空间法(构型空间法)的路径规划,但是在求解C空间的障碍物边界时,需要将工作空间的障碍物区域转换到C空间,这需要大量的计算,并且精确的障碍域难以获得。现有的基于A星算法的路径规划,很多是在工作空间(笛卡尔空间)进行路径搜索,这样规划出的最短路径并不是关节变化量最小的路径,所以需要在C空间进行路径规划。而针对C空间的路径规划,由于在六维空间的搜索问题的复杂性,现有的算法大多忽略了几个自由度,对搜索空间进行了一定的简化,这样得到的路径也是简化后的,并不能够保证路径的安全性。为了得到准确避障的路径,往往需要设置较小的搜索步长,搜索步长于避障准确度是相互矛盾的,如何在保证无碰撞的前提下提高搜索效率是需要解决的问题。综上所述,针对六自由度机械臂在C空间的路径规划,传统的无碰撞路径规划的方法需要大量计算,并且精确的障碍域难以获得。传统的A星算法不适用于六维空间的搜索问题,并且搜索效率有待提高。专利技术 ...
【技术保护点】
一种基于A星算法的工业机械臂无碰撞路径规划方法,其特征在于:包括以下步骤:A、对六自由度机械臂进行参数化建模,并建立机械臂的正逆运动学模型,采用D‑H法描述机械臂的位姿,建立机械臂的连杆坐标系,确定机械臂的D‑H参数;根据D‑H参数,连杆i和连杆i‑1相对位置的齐次变换矩阵
【技术特征摘要】
1.一种基于A星算法的工业机械臂无碰撞路径规划方法,其特征在于:包括以下步骤:A、对六自由度机械臂进行参数化建模,并建立机械臂的正逆运动学模型,采用D-H法描述机械臂的位姿,建立机械臂的连杆坐标系,确定机械臂的D-H参数;根据D-H参数,连杆i和连杆i-1相对位置的齐次变换矩阵i-1Ai为:其中,Ci=cosθi,Si=sinθi,其中i表示机械臂的连杆个数,i=1,2,3,4,5,6;将各关节的齐次变换矩阵相乘,得到了机械臂末端执行器的齐次变换矩阵为:B、建立机械臂及环境的OBB包围盒:利用建模软件建立机械臂及环境的模型,并将机械臂的模型另存为STL格式文件,读取STL格式文件,采用OBB包围盒算法建立机械臂及环境障碍物的OBB包围盒;C、设置A星算法的估价函数和搜索步长: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;机械臂在关节空间中某个节点的构型矢量为qi,其中包括六个旋转关节的角度变幅,即qi=(qi1,qi2,qi3,qi4,qi5,qi6);距离估价函数为所有关节转动的角度之和,即当前节点到目标节点的各关节位移变化量之和,估价函数为:D、根据关节转动角度之和最小且不发生碰撞的原则,在机械臂的六维关节空间中进行搜索,得到无碰撞的路径;其中OPEN存放所有搜索节点,CLOSED中存放每一步搜索到的最佳节点,并将它们均初始化为空;机械臂起始位姿的构型矢量为qori,目标位姿的构型矢量为qfin,机械臂当前位姿的构型矢量为qcur,当前位姿的相邻位姿构型矢量为qnei_i。2.根据权利要求1所述的一种基于A星算法的工业机械臂无碰撞路径规划方法,其特征在于:所述步骤B中,OBB包围盒算法流程如下:1)通过三角面片信息计算每个三角形平面的法向矢量,并在每个三角面片上建立一个坐标系,原点为三角形任意顶点,三角...
【专利技术属性】
技术研发人员:杨泽霖,张亮,罗红亮,
申请(专利权)人:深圳禾思众成科技有限公司,
类型:发明
国别省市:广东,44
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