一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，包括以下步骤：步骤一，数据初始化；步骤二，规划运动轨迹；步骤三，建立运动模型；步骤四，模拟环境障碍；步骤五，轨迹仿真；步骤六，轨迹优化；所述步骤六中，运动轨迹的优化算法包括粒子群算法与改进遗传算法，本发明专利技术相较于现有的六轴机械臂的轨迹规划算法，通过添加对轴关节的关节约束条件，以避免机械臂运动至奇异点或自碰撞点，防止其剧烈抖动或自碰撞；本发明专利技术通过模拟加工环境中的障碍并进行迭代训练的方式，使其实现自动避障的功能，能够更好地适应实际加工环境；本发明专利技术通过不同算法结合不同优化策略进行轨迹优化，提高了其适用性与优化效率。性与优化效率。性与优化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法


[0001]本专利技术涉及机械臂路径规划
，具体为一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法。

技术介绍

[0002]机械臂是指高精度、多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统，近年来，随着机器人技术的发展，应用高速度、高精度、高负载自重比的机器人结构受到工业和航空航天领域的关注，因其独特的操作灵活性，机械臂已在工业装配、安全防爆等领域得到广泛应用，但现有的六轴机械臂的轨迹规划中，没有考虑到机械臂的奇异点与自碰撞点，容易出现抖动与自碰撞的情况；现有的六轴机械臂的轨迹规划中，由于缺少避障功能，导致其难以适应实际加工环境；现有的六轴机械臂的轨迹规划，其轨迹优化能力单一，且优化效率不高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，包括以下步骤：步骤一，数据初始化；步骤二，规划运动轨迹；步骤三，建立运动模型；步骤四，模拟环境障碍；步骤五，轨迹仿真；步骤六，轨迹优化；
[0005]其中在上述步骤一中，首先获得六轴机械臂的末端起点，以及途径焊接点的位姿；
[0006]其中在上述步骤二中，根据机械臂起始点与途径焊接节点规划机械臂运动路径；
[0007]其中在上述步骤三中，结合步骤二中得出的运动轨迹来建立机械臂关节的运动模型；
[0008]其中在上述步骤四中，在运动模型中加入随机障碍，来模拟真实焊接场景，并通过避障训练来提高机械臂的自主避障能力；
[0009]其中在上述步骤五中，使用matlab软件来对上述运动轨迹进行仿真，得到各类直观的运动参数；
[0010]其中在上述步骤六中，采用不同的算法对运动轨迹进行轨迹优化，并根据实际操作中具体的需求将不同优化结果进行加权处理，得到所需要的运动轨迹规划。
[0011]优选的，所述步骤一中，采用D
‑
H法描述机械臂的位姿，建立机械臂的连杆坐标系，并确定其D
‑
H参数，在获取各个节点的位姿之后，还需要输入每个轴关节的关节约束条件，其中包括关节速度、关节加速度、关节力矩以及关节脉动。
[0012]优选的，所述步骤二中，在不出现路径节点重复的情况下，将机械臂末端起点与各个焊接节点连接成运动轨迹，将所有连接而成的运动轨迹进行集合即为路径规划。
[0013]所述步骤三中，采用OBB包围盒算法，并使用建模软件建立机械臂的运动模型。
[0014]优选的，所述步骤四中，在避障训练中，首先需要扫描障碍物，确定障碍物主体，并根据障碍物体积比，去除占比小于5％的突出部分，建立表面规则的障碍物模型，获得障碍
物中心与机械臂运动轨迹的交界点，以该点为准将机械臂前端向侧方位移，位移距离为障碍物中心到交界点的1.5
‑
2倍。
[0015]优选的，所述步骤五中，仿真所得到的运动参数包括各运动轨迹对应的运动路径、运动时间与运动稳定性。
[0016]优选的，所述步骤六中，运动轨迹的优化算法包括粒子群算法与改进遗传算法。
[0017]优选的，所述步骤六中，不同优化结果是根据不同优化策略的制定所得出，其中，优化策略包括运动路径优化、运动时间优化与机械臂稳定优化，之后便可以根据具体的优化需求来定制优化算法。
[0018]优选的，所述机械臂稳定优化指的是各个关节运动时加速度的控制，以避免机械臂关节的急启、急停。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术相较于现有的六轴机械臂的轨迹规划算法，通过添加对轴关节的关节约束条件，以避免机械臂运动至奇异点或自碰撞点，防止其剧烈抖动或自碰撞；本专利技术通过模拟加工环境中的障碍并进行迭代训练的方式，使其实现自动避障的功能，能够更好地适应实际加工环境；本专利技术通过不同算法结合不同优化策略进行轨迹优化，提高了其适用性与优化效率。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的方法流程图。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]请参阅图1，本专利技术提供的一种实施例：一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，包括以下步骤：步骤一，数据初始化；步骤二，规划运动轨迹；步骤三，建立运动模型；步骤四，模拟环境障碍；步骤五，轨迹仿真；步骤六，轨迹优化；
[0023]其中在上述步骤一中，首先采用D
‑
H法描述六轴机械臂的末端起点、以及途径焊接点的位姿，建立机械臂的连杆坐标系，并确定其D
‑
H参数，在获取各个节点的位姿之后，还需要输入每个轴关节的关节约束条件，其中包括关节速度、关节加速度、关节力矩以及关节脉动；
[0024]其中在上述步骤二中，根据机械臂起始点与途径焊接节点规划机械臂运动路径，即在不出现路径节点重复的情况下，将机械臂末端起点与各个焊接节点连接成运动轨迹，将所有连接而成的运动轨迹进行集合即为路径规划；
[0025]其中在上述步骤三中，结合步骤二中得出的运动轨迹，采用OBB包围盒算法，并使用建模软件来建立机械臂关节的运动模型；
[0026]其中在上述步骤四中，在运动模型中加入随机障碍，来模拟真实焊接场景，并通过避障训练来提高机械臂的自主避障能力，在避障训练中，首先需要扫描障碍物，确定障碍物
主体，并根据障碍物体积比，去除占比小于5％的突出部分，建立表面规则的障碍物模型，获得障碍物中心与机械臂运动轨迹的交界点，以该点为准将机械臂前端向侧方位移，位移距离为障碍物中心到交界点的1.5
‑
2倍；
[0027]其中在上述步骤五中，使用matlab软件来对上述运动轨迹进行仿真，得到各类直观的运动参数，仿真所得到的运动参数包括各运动轨迹对应的运动路径、运动时间与运动稳定性；
[0028]其中在上述步骤六中，分别采用粒子群算法与改进遗传算法对运动轨迹进行轨迹优化，并根据实际操作中具体的需求将不同优化结果进行加权处理，得到所需要的运动轨迹规划，其中，不同优化结果是根据不同优化策略的制定所得出，其中，优化策略包括运动路径优化、运动时间优化与机械臂稳定优化，之后便可以根据具体的优化需求来定制优化算法，机械臂稳定优化指的是各个关节运动时加速度的控制，以避免机械臂关节的急启、急停。
[0029]基于上述，本专利技术的优点在于，该专利技术加入了关节约束条件，防止机械臂因运动至奇异点或自碰撞点导致的抖动与自碰撞；本专利技术通过加入模拟实际加工环境的方式，训练其自动避障的能力，使其更加适用于各类环境；本专利技术采用多种算法与优化策略的加权，增强了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，包括以下步骤：步骤一，数据初始化；步骤二，规划运动轨迹；步骤三，建立运动模型；步骤四，模拟环境障碍；步骤五，轨迹仿真；步骤六，轨迹优化；其特征在于：其中在上述步骤一中，首先获得六轴机械臂的末端起点，以及途径焊接点的位姿；其中在上述步骤二中，根据机械臂起始点与途径焊接节点规划机械臂运动路径；其中在上述步骤三中，结合步骤二中得出的运动轨迹来建立机械臂关节的运动模型；其中在上述步骤四中，在运动模型中加入随机障碍，来模拟真实焊接场景，并通过避障训练来提高机械臂的自主避障能力；其中在上述步骤五中，使用matlab软件来对上述运动轨迹进行仿真，得到各类直观的运动参数；其中在上述步骤六中，采用不同的算法对运动轨迹进行轨迹优化，并根据实际操作中具体的需求将不同优化结果进行加权处理，得到所需要的运动轨迹规划。2.根据权利要求1所述的一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，其特征在于：所述步骤一中，采用D
‑
H法描述机械臂的位姿，建立机械臂的连杆坐标系，并确定其D
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H参数，在获取各个节点的位姿之后，还需要输入每个轴关节的关节约束条件，其中包括关节速度、关节加速度、关节力矩以及关节脉动。3.根据权利要求1所述的一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，其特征在于：所述步骤二中，在不出现路径节点重复的情况下，将机械臂末端起点与各个焊接节点连接成运动轨迹，将所有连...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志平，
申请(专利权)人：深圳市定向三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：