Based on the non collision path planning method of industrial manipulator with improved A* algorithm, the six degree of freedom manipulator is parameterized first, the forward and inverse kinematics model of the manipulator is established, and the OBB encircling box of the manipulator and the environment is set up, then the evaluation function and the search step of the A* algorithm are set up, and the collision detection based on the separation axis is used. The algorithm determines whether the manipulator collides with the environment in every step of the search, and then searches for the collision free path in the six dimensional joint space of the manipulator, according to the principle of the minimum and no collision of the joint rotation angle. This invention sets the search step of the traditional A* algorithm into a variable step length and can be realized. The collision free path search of six degree of freedom manipulator in C space has the advantages of simple computation and high search efficiency.
【技术实现步骤摘要】
基于改进A*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
,具体涉及基于改进A*算法的工业机械臂无碰撞路径规划方法。
技术介绍
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。路径规划技术是工业机器人自动化生产的基础,也是智能制造业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*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,搜索步长与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*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。
技术实现思路
为了解决上述问题,本专利技术的目的在于提供一种基于改进A*算法的工业机械臂无碰撞路径规划方法,可以实现六自由度机械臂的无碰撞路径规划,具有计算简单,搜索效率高的优点。为了达到上述目的,本 ...
【技术保护点】
1.基于改进A*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:步骤1、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:
【技术特征摘要】
1.基于改进A*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:步骤1、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:式中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:其中,px,py,pz表示平移变换在x,y,z三个方向的分量,n=[nxnynz],o=[oxoyoz],a=[axayaz],分别为绕x,y,z三个方向旋转矢量;步骤2、建立机械臂及环境的OBB包围盒:利用soildwork建模软件建立机械臂及环境模型,并将机械臂及环境模型另存为STL格式文件,读取STL格式文件,从而得到模型中各个物体的三角形网格模型,采用OBB包围盒算法建立机械臂及环境障碍物的OBB包围盒;OBB包围盒方法流程为:2.1)通过物体的三角形网格模型中的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,三角形平面为x-y平面,z轴方向为三角形平面的法向矢量;2.2)遍历每一个三角面片的平面法向矢量,依次绕每一个法向矢量旋转三角面片的坐标系,寻找物体的三角形网格模型投影到三角面片的x-y平面面积最小的方向,记录下在旋转后的坐标系下的包围盒的体积;2.3)将最小体积对应的坐标系的方向作为包围盒的三个方向向量,将物体的三角形网格模型中所有顶点投影到三个方向向量中,求出每个方向的最大值和最小值,得到OBB包围盒的八个顶点;步骤3、设置A*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,在估价函数中加入一项,即当前节点到目标节点的各关节位移变化量之和,估价函数如下:在机械臂的作业场景中,障碍物区域设置0.1到0.2度之间较小的搜索步长;而在非障碍物区域设置1到1.5度之间较大的搜索步长;采用基于分离轴相交测试的方法在搜索过程中进行碰撞检测,对于包围盒子A与B的碰撞检测算法流程为:3.1)计算两个包围盒子潜在的15条分离轴,对每一条分离轴进行相交测试;3.2)对每一条分离轴,将八个顶点做投影,得到两个包围盒投影的最大值和最小值分别为maxA、minA、maxB和minB,若maxA<mimB或maxB<minA,则在此分离轴下,两个包...
【专利技术属性】
技术研发人员:陶唐飞,郑翔,贺华,徐光华,姚旿冬,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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