【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械臂控制，具体涉及一种机械臂路径规划方法。
技术介绍
1、rrt算法，是rapidly-exploring random tree算法的简称，即快速扩展随机树算法。
2、目前机械臂作为高精度、多输入多输出、高度非线性和强耦合的复杂系统，具有极高的操作灵活性，使得它已经在工业装配、农业生产、医学治疗以及安全防爆等领域得到了广泛应用。机械臂在使用过程中能够接受控制指令，精确定位到三维空间上的某一点进行作业。机械臂在作业过程中需要进行路径规划，首先，通过路径规划可以选择最优路径，减少不必要的移动和等待，从而提高作业效率，其次路径规划还能确保机械臂在运动过程中避开障碍物，防止与周围环境发生碰撞，即路径规划可保护机械臂免受损坏，还能避免对周围设备和人员造成伤害，再次，路径规划可确保机械臂的作业精度，以实现准确到达目标作业位置，尤其可确保高精度作业的实现。
3、现有的机械臂路径规划方法通常采用rrt算法，rrt算是一种基于随机采样的单步查询搜索算法，对环境障碍物无需建模，因此很适合高维空间路径规化，得到了广泛的应用，但rrt算法在机械臂路径规划中具有搜索盲目性，且采样点过多难以收敛到最优解，给机械臂路径规划带来了一定困扰，随着路径规划的发展，出现了算法及其改进型算法，这些算法的执行可以有效地改善rrt算法的搜索盲目性、减少采样点数量、提高规划速度以及优化路径质量，但这些改进的算法虽然能够提升rrt算法的性能，却也存在增加算法复杂度可能，导致路径规划速度较慢。
4、此为现有技术的不足，因此，
技术实现思路
1、针对目前机械臂在各领域广泛应用，机械臂作业过程中需要通过路径规划来提升作业效率，防止与周围环境碰撞以及提升作业精度，常用的rrt算法具有局限性，限制机械臂路径规划的发展，改进型rrt算法可提升路径规划质量，但增加了算法复杂度，导致路径规划时间过长的缺陷，本专利技术提供一种机械臂路径规划方法，以解决上述技术问题。
2、本专利技术提供一种机械臂路径规划方法，包括如下步骤：
3、s1.获取需要进行路径规划的机械臂，并对机械臂进行改进dh参数法建模，构建机械臂的正运动学模型和逆运动学模型，并标记机械臂的奇异点；
4、s2.获取机械臂末端的起点和终点，并使用逆运动学模型求解起点和终点的逆运动学解，对求解的逆运动学解进行碰撞检测，筛选出无碰撞逆运动学解；
5、s3.基于无碰撞逆运动学解与机械臂对应的起点关节角和终点关节角使用iarrt-connect算法进行路径规划。
6、进一步地，步骤s1具体步骤如下：
7、s11.获取需要进行路径规划的机械臂，确定机械臂的自由度n和n个连杆长度；
8、s12.使用改进dh参数法在机械臂的各连杆前端为各连杆建立坐标系；
9、s13.根据邻近关节连杆坐标系变换矩阵确定机械臂的n个变换矩阵，再将n个矩阵依次相乘得到机械臂的末端执行器与基座坐标系的位姿变换矩阵；其中变换矩阵的元素为dh参数；
10、s14.设定机械臂的期望位形，并结合机械臂的正运动学公式计算作为机械臂逆运动学解的各关节的角度；
11、s15.结合机械臂的自由度计算出机械臂的奇异点并进行标记。
12、进一步地，步骤s2具体步骤如下：
13、s21.根据机械臂末端的起点和终点在笛卡尔坐标求解逆运动学解，得到起点和终点各n组逆运动学解，n由机械臂自由度确定；
14、s22.对2n组逆运动学解进行碰撞检测；
15、若2n组逆运动学解均发生碰撞，则判定为无可达路径，结束；
16、若存在无碰撞的逆运动学解，进入步骤s3。
17、进一步地，步骤s22具体步骤如下：
18、s221.使用圆柱包围盒模拟障碍物、机械臂各关节及连杆包络；
19、s222.从2n组逆运动学解中筛选出一组，确定筛选的当前组逆运动学解对应的机械臂各包围盒轴线的位置，并计算各圆柱包围盒的轴线之间的最小距离dmin；
20、s223.获取各圆柱包围盒的半径；
21、s224.判断是否存在两个圆柱包围盒的轴线之间的最小距离dmin小于等于该两个圆柱包围盒的半径之和；
22、若存在，判定会发生碰撞， 进入步骤s226；
23、若不存在，判定不会发生碰撞，进入步骤s225；
24、s225.判断筛选的当前组逆运动学解对应的机械臂各关节的角度是否为机械臂的奇异点；
25、若是，进入步骤s226；
26、若否，将当前组逆运动学解存储为无碰撞逆运动学解；
27、s226.丢弃当前组逆运动学解；
28、s227.判断2n组逆运动学解是否筛选完毕；
29、若是，进入步骤s228；
30、若否，返回步骤s222；
31、s228. 判断2n组逆运动学解中是否存在无碰撞的逆运动学解；
32、若是，进入步骤s3；
33、若否，判定为无可达路径，结束。
34、进一步地，步骤s3具体步骤如下：
35、s31.从机械臂起点的无碰撞逆运动学解中任选一个，将该选择的无碰撞逆运动学解对应的关节角作为路径起始点qstart，以及从机械臂终点的无碰撞逆运动学解中任选一个，将该选择的无碰撞逆运动学解对应的关节角作为路径目标点qgoal；
36、s32.在路径起始点qstart和路径目标点qgoal分别建立一颗随机树，根据节点数目控制两颗随机树按照设定扩展步长λ进行交叉扩展，并在扩展过程中进行碰撞检测以及依据关节角势能大小选择最新扩展点，直至两颗随机树扩展完毕。
37、进一步地，步骤s32具体步骤如下：
38、s321.将路径起始点qstart的随机树作为第一随机树，以及将路径目标点qgoal的随机树作为第二随机树；
39、s322.将路径起始点qstart作为第一随机树的根节点，将路径目标点qgoal作为第二随机树的根节点，并从第一随机树的根节点启动节点扩展；
40、s323.比较第一随机树与第二随机树的节点数目；
41、第一随机树节点数目小于等于第二随机树节点数目，进入步骤s324；
42、第一随机树节点数目大于第二随机树节点数目，进入步骤s325；
43、s324.对第一随机树按照设定扩展步长λ进行节点扩展，并对扩展节点进行碰撞检测，并选择碰撞检测通过且关节角势能最大的扩展节点作为第一随机树的最新扩展节点，进入步骤s326；
44、s325.对第二随机树按照设定扩展步长λ进行节点扩展，并对扩展节点进行碰撞检测，并选择碰撞检测通过且关节角势能最大的扩展节点作为第二随机树的最新扩展节点；
45本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机械臂路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的机械臂路径规划方法，其特征在于，步骤S1具体步骤如下：
3.如权利要求2所述的机械臂路径规划方法，其特征在于，步骤S2具体步骤如下：
4.如权利要求3所述的机械臂路径规划方法，其特征在于，步骤S22具体步骤如下：
5.如权利要求3所述的机械臂路径规划方法，其特征在于，步骤S3具体步骤如下：
6.如权利要求5所述的机械臂路径规划方法，其特征在于，步骤S32具体步骤如下：
7.如权利要求6所述的机械臂路径规划方法，其特征在于，步骤S324具体步骤如下：
8.如权利要求7所述的机械臂路径规划方法，其特征在于，步骤S3244具体步骤如下：
9.如权利要求8所述的机械臂路径规划方法，其特征在于，步骤S3245具体步骤如下：
10.如权利要求8所述的机械臂路径规划方法，其特征在于，步骤S326具体步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种机械臂路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的机械臂路径规划方法，其特征在于，步骤s1具体步骤如下：
3.如权利要求2所述的机械臂路径规划方法，其特征在于，步骤s2具体步骤如下：
4.如权利要求3所述的机械臂路径规划方法，其特征在于，步骤s22具体步骤如下：
5.如权利要求3所述的机械臂路径规划方法，其特征在于，步骤s3具体步骤如下：
6.如权利要求5...
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