The invention discloses a robot 3D non collision path planning method based on virtual velocity vector field, which includes the following steps: (1) establish the kinematics model of the robot; (2) analyze the forward and inverse kinematics of the robot; (3) solve the robot Jacobi matrix; (4) model the robot manipulator based on the swept volume of the ball (5) establish the collision detection matrix of the robot to obtain the nearest distance between the simplified model of the robot and the obstacle; (6) improve the attraction speed of the virtual velocity vector field, the repulsive speed, the tangent velocity and three vector field functions for the multi robot's collision free motion planning; (7) the speed of the robot is based on the path priority strategy. The degree is optimized. The invention optimizes the robot's collision free trajectory planning algorithm, improves the smoothness of the robot's running, the smoothness of the track and the efficiency of the operation.
【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟速度向量场的机器人三维无碰轨迹规划方法
本专利技术涉及机器人运动规划领域,具体设计一种基于虚拟速度向量场的机器人三维无碰轨迹规划方法。
技术介绍
近年来,机器人的无碰运动规划算法研究取得了非凡成果,目前提出了多种规划算法。从控制方法上,机器人无碰运动算法可以分为基于加速度、力矩和速度的控制方法和基于速度水平的避障控制方法。从实时性上,可以分为基于离线的无碰轨迹规划方法和实时的无碰运动规划方法。这些方法虽然能够较高效地对机器人的路径进行规划得到无碰轨迹,但是要么需要建立精确的动力学模型,要么运用过程中可能会遇到一些奇异的问题,使得这些方法的实际应用领域并不广泛。在众多无碰规划算法中,基于虚拟速度向量场的规划算法因其简单高效而收到广泛的应用,其基本概念是机器人在目标点产生的吸引势场和障碍物产生的排斥势场的作用下,无碰撞地由起点运动向终点。基于虚拟速度向量场机器人无碰运动规划算法在实际的应用中也存在着一些问题:(1)目前基于虚拟速度向量场的无碰规划算法在工业机器人领域应用并不广泛;(2)三维空间运行可行轨迹较多;(3)多机器人系统工作时避碰路径优先的问题;(4)机器人运行轨迹不平滑;
技术实现思路
针对上述技术问题,本专利技术提供一种基于虚拟速度向量场的机器人三维无碰轨迹规划方法,可以解决工业机器人在三维作业空间中协同工作时避碰路径优化的问题,优化了三维空间中切向向量场以解决切向速度路径较多的问题,同时针对多机器人提出了基于路径优先级的策略。为实现上述目的,本专利技术的技术方案是:一种基于虚拟速度向量场的机器人三维无碰轨迹规划方法,用于对工业机器人在三维 ...
【技术保护点】
一种基于虚拟速度向量场的机器人三维无碰轨迹规划方法,其特征在于,对工业机器人在三维作业空间中基于三个虚拟速度向量场的轨迹优化,应用于多机器人在协同作业时机器人间避碰、机器人与障碍物间的避碰及避碰路径优化,具体包括以下步骤:(1)建立机器人的运动学模型;(2)分析机器人的正、逆运动学,得到机器人末端位姿和关节变量之间的关系;(3)求解机器人的雅可比矩阵以分析机器人的工作状态;(4)根据机器人的几何特征选用不同的扫掠球量建立机器人混合层次简化模型;(5)通过检测简化模型对机器人进行碰撞检测,并求得简化模型与障碍物之间的最近距离;(6)改进虚拟速度向量场的吸引速度、排斥速度、切向速度三个向量场函数,综合三者得到关节空间的速度向量场函数;(7)利用路径优先策略对机器人速度优化,实现多机器人的无碰运动规划。
【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟速度向量场的机器人三维无碰轨迹规划方法,其特征在于,对工业机器人在三维作业空间中基于三个虚拟速度向量场的轨迹优化,应用于多机器人在协同作业时机器人间避碰、机器人与障碍物间的避碰及避碰路径优化,具体包括以下步骤:(1)建立机器人的运动学模型;(2)分析机器人的正、逆运动学,得到机器人末端位姿和关节变量之间的关系;(3)求解机器人的雅可比矩阵以分析机器人的工作状态;(4)根据机器人的几何特征选用不同的扫掠球量建立机器人混合层次简化模型;(5)通过检测简化模型对机器人进行碰撞检测,并求得简化模型与障碍物之间的最近距离;(6)改进虚拟速度向量场的吸引速度、排斥速度、切向速度三个向量场函数,综合三者得到关节空间的速度向量场函数;(7)利用路径优先策略对机器人速度优化,实现多机器人的无碰运动规划。2.根据权利要求1所述的基于虚拟速度向量场的机器人三维无碰轨迹规划方法,其特征在于:所述步骤(1)采用D-H坐标系建立机器人模型。3.根据权利要求1所述的基于虚拟速度向量场的机器人三维无碰轨迹规划方法,其特征在于:所述步骤(3)中通过微分变换法分析机器人工作状态的雅可比矩阵。4.根据权利要求1所述的基于虚拟速度向量场的机器人三维无碰轨迹规划方法,其特征在于:所述步骤(4)通过层次扫掠球包围盒简化机器人模型,即采用集合特性简单的层次扫掠球包围盒近似地描述机械臂的关节和末端执行器,得到方便测量的机械臂几何外形。5.根据权利要求1所述的基于虚拟速度向量场的机器人三维无碰轨迹规划方法,其特征在于:所述步骤(5)根据扫掠球量和扫掠基体的半径建立多机器人碰撞检测矩阵进而求得机器人和障碍物之间的最近距离。6.根据权利要求1所述的基于虚拟速度向量场的机器人三维无碰轨迹规划方法,其特征在于:...
【专利技术属性】
技术研发人员:翟敬梅,李连中,刘坤,胡燕,
申请(专利权)人:华南理工大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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