一种基于变密度搜索空间的工业机器人动态路径规划方法技术

本发明专利技术属于机器人运动学、路径规划、碰撞检测领域，公开了一种基于变密度搜索空间的工业机器人动态路径规划方法。在初次规划中，首先使用蒙特卡洛法计算出三维工作空间，并求出其包络立方体，根据预定义的障碍物安全距离及基本步长构建八叉树；然后对处于障碍物k‑DOP包围盒内的节点增加八叉树的深度，并根据逆运动学解算及碰撞检测结果对八叉树中的不可达节点进行剔除，并记录各节点信息，初步形成搜索空间；再基于D*lite算法进行路径的初步规划，为了进一步优化规划结果，基于碰撞检测对初步规划路径进行冗余点剔除，从而完成路径规划。本发明专利技术为实现兼顾效率与精度的机器人碰撞检测功能提供一种可供借鉴的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于变密度搜索空间的工业机器人动态路径规划方法
本专利技术涉及机器人运动学、路径规划、碰撞检测领域，尤其涉及一种基于变密度搜索空间的工业机器人动态路径规划方法。
技术介绍
在工业机器人应用领域，离线编程因其直观、方便、安全的优势受到越来越多的关注。现有的离线软件在指令编辑及仿真方面已经做得比较完善，因此更多的研发重心开始转向智能化，其中路径规划就是一个重要的研究方向，在仿真环境中，若能使机器人自动避开障碍物，安全地执行运动指令，将会大大提升离线编程的使用效率。目前，无碰撞路径规划主要存在两个重要的技术难点。其一是碰撞检测效率与精度的兼顾，虽然AABB、OBB、凸包等碰撞包围盒的相关理论已较为成熟，能够对大部分不发生碰撞的情况进行快速判断，但是包围不紧密导致的检测精度问题却难以被解决，此外，对于大物体包含小物体时的碰撞检测，如工作台内安装有一台机器人的情况，仅采用包围盒无法给出准确的判断，而基于分离轴定理、Devillers等算法的图元级(如三角面片)碰撞检测虽然精度很高，但是单个模型就可能有成千上万个三角片面，这就需要进行大量的碰撞本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于变密度搜索空间的工业机器人动态路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：基于三维工作空间构建八叉树的根节点；/n步骤2：根据基本搜索步长生成八叉树，并局部细化搜索空间；/n步骤3：构建有向距离场(SDF,Signed Distance Field)；/n步骤4：使用D*Lite算法进行路径初步规划；/n步骤5：进行路径二次优化，剔除初规划路径中的冗余路径点；/n步骤6：在后续的规划中，采用局部更新提升搜索空间的重复构建效率。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于变密度搜索空间的工业机器人动态路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：基于三维工作空间构建八叉树的根节点；
步骤2：根据基本搜索步长生成八叉树，并局部细化搜索空间；
步骤3：构建有向距离场(SDF,SignedDistanceField)；
步骤4：使用D*Lite算法进行路径初步规划；
步骤5：进行路径二次优化，剔除初规划路径中的冗余路径点；
步骤6：在后续的规划中，采用局部更新提升搜索空间的重复构建效率。


2.根据权利要求1所述的基于变密度搜索空间的工业机器人动态路径规划方法，其特征在于，步骤1利用蒙特卡洛法生成工业机器人的三维工作空间数据，并计算得出包含三维工作空间的最小立方体，立方体的长、宽、高方向与机械臂基坐标系的x、y、z三轴一一对应，在此条件下顶点位置可随机确定。


3.根据权利要求1所述的基于变密度搜索空间的工业机器人动态路径规划方法，其特征在于，步骤2包括如下具体步骤：
步骤2.1：根据障碍物安全区域的放大距离确定基本搜索步长，计算出最大递归深度；
步骤2.2：以包含三维工作空间的最小立方体作为根节点，进行八等份的细分，直至达到最大递归深度；
步骤2.3：若有叶子节点处于k-DOP包围盒内，则进一步加深深度，实现局部细分。


4.根据权利要求3所述的基于变密度搜索空间的工业机器人动态路径规划方法，其特征在于，步骤2.3中k-DOP包围盒的构建方法如下：
k-DOP是由k个面包围而成的离散有向包围盒，每个面都由一个法向和一个三维坐标来确定，法向的三个分量定义为±1，k值越大，则包围盒形状与物体越相似。


5.根据权利要求4所述的基于变密度搜索空间的工业机器人动态路径规划方法，其特征在于，步骤3的具体步骤如下：
步骤3.1：基于k-DOP对各障碍物可能包含的节点进行快速初步判断；
步骤3.2：采用射线法进行准确判断，定义以节点为起点的任意方向射线，若射线穿过障碍物的次数为奇数，则为障碍点，将其置为1，反之则为可行点，将其置为0；
步骤3.3：对所有可行点计算距其最近的障碍点距离并保存，以matlab中的函数名bwdist命名该距离，障碍点自身的bwdist值即为0，构建有向距离场。


6.根据权利要求1所述的基于变密度搜索空间的工业机器人动态路径规划方法，其特征在于，D*Lite算法中包括碰撞检测，所述碰撞检测的具体步骤如下：
在路径规划过程中，实时计算各碰撞球体的位置，并取距其最近的节点作近似判断，若该节点的bwdist值小于碰撞球半径，则认为发生碰撞，反之则没有发生碰撞。

【专利技术属性】
技术研发人员：厉圣杰，王进，陆国栋，王鹏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33