一种基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法，包括以下步骤：S1、确定机械臂DH模型，定义机械臂2,4,6轴组成的臂平面与参考面间的夹角为臂角；S2、根据DH模型矩阵表达式求解，期望位姿矩阵和臂角共七个约束条件，结合机械臂几何构型，解得七个关节角；S3、根据启发式偏向采样策略，获得随机树采样点；S4、结合启发式偏向采样策略，利用RRT*算法搜索出一条起始与期望位置间的无碰渐进最优路径，机械臂沿其运动过程中检测是否发生碰撞。发生碰撞则改变臂角，利用零空间自运动来避开障碍物。本申请使用改进的RRT*避障算法属于智能优化算法的一种，在RRT*算法的基础上结合启发式偏向采样策略与零空间自运动进行改进，提高了算法的规划速度与效率。提高了算法的规划速度与效率。提高了算法的规划速度与效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法


[0001]本专利技术属于工业机器人控制
，具体涉及一种基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法。

技术介绍

[0002]在冗余机械臂的研究中，运动规划是其中一个非常重要的研究课题。冗余机械臂的运动规划被定义为在机械臂的工作空间内，为冗余机械臂找出一条满足需求与某种性能指标的无碰撞运动路径。这个性能指标除了不发生碰撞，通常也可能包括路径最优、机械功最小以及路径平滑等相关指标。而对于冗余机械臂的避障运动规划来说，就是在冗余机械臂工作空间中存在障碍物的情况下，从冗余机械臂的起始位姿到目标位姿找出一条轨迹，使得冗余机械臂末端在沿着其运动的过程中，实现对障碍物的避碰。
[0003]通常情况下，七轴冗余机械臂相对于普通机械臂而言自由度较多，这就使得其求解时的构型空间的维数也相应的更高。此时若对冗余机械臂采用传统的路径规划算法的话，那么冗余机械臂的运动学求解就会面临计算量指数爆炸的问题，导致难以在期望的时间内得出一条无碰撞的避碰路径。而冗余机械臂采用基于采样的运动规划算法，能够有效的克服上述传统路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定SRS构型七轴冗余机械臂的DH模型，定义机械臂2,4,6轴组成的臂平面与参考面之间的夹角为臂角，作为冗余度参数来表示机械臂的零空间自运动；S2、根据七轴冗余机械臂的DH模型下的矩阵连乘计算式的一般表达式求解出0T7，期望位姿矩阵和臂角加起来一共七个约束条件，结合机械臂的几何构型，解得七轴冗余机械臂的七个关节角；S3、根据启发式偏向采样策略，获得随机树的采样点；S4、将起始位置设为随机树的根节点初始化随机树，采用启发式偏向采样策略在机械臂工作空间内获取采样点，利用RRT*算法搜索出一条起始位置与期望位置之间的无碰渐进最优路径，在冗余机械臂沿着其运动的过程中检测是否与障碍物之间发生碰撞；若发生碰撞则改变冗余机械臂的臂角，利用零空间自运动来避开障碍物。2.根据权利要求1所述的一种基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤如下：S11、七轴冗余机械臂的DH模型：七轴冗余机械臂的关节1旋转轴与关节2旋转轴交点为原点，关节1旋转轴所在直线为坐标系Z轴，关节2旋转轴所在直线为坐标系Y轴，建立基座坐标系；从基座往机器人末端方向，根据七个自由度依次建立7个坐标系，分别为坐标系{0}～坐标系{7}，其中坐标系{0}即所述基座坐标系{0}，坐标系{7}即末端坐标系{7}；S12、定义机械臂2,4,6轴组成的臂平面与参考面之间的夹角为臂角，作为冗余度参数来表示机械臂的零空间自运动。3.根据权利要求2所述的一种基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法，其特征在于，步骤S2的具体操作步骤包括：S21、DH矩阵变换的一般表达式：其中，α
i
表示两关节轴线之间的夹角，即根据右手规则绕X
i
轴Z
i
‑1轴转向Z
i
轴；a
i
表示两关节轴线之间的距离，即Z
i
‑1轴与Z
i
轴的公垂线长度；d
i
表示两公垂线α
i
‑1与α
i
轴之间的距离，即X
i
‑1轴与X
i
轴之间的距离；θ
i
表示两公垂线α
i
‑1与α
i
轴之间的夹角，即根据右手规则绕Z
i
‑1轴由X
i
‑1轴转向X
i
轴；S22、根据矩阵连乘求出:0T7＝0T1·1T2·2T3·3T4·4T5·5T6·...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱德志，甘亚辉，曹鹏飞，房芳，周波，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：