[发明专利]一种机械臂避障路径规划方法、设备及存储设备

说明书

本发明提供了一种机械臂避障路径规划方法、设备及存储设备，一种机械臂避障路径规划方法，采用改进的A*算法，搜索机械臂末端从起始节点到目标节点的避障路径，解决机械臂与障碍物碰撞的问题，并根据三次均匀B样条曲线方法对所述避障路径进行平滑处理，解决由于机械臂抖动而引起的控制误差大的问题；一种机械臂避障路径规划设备及存储设备，用于实现机械臂避障路径规划方法。本发明的有益效果是：本发明提供的技术方案避免了机械臂在工作过程中与障碍物发生碰撞，降低了机械臂的控制误差，提高了所述机械臂的路径跟踪精度，减少了机械臂在运动过程中产生的机械震动，延长了机械臂的使用寿命。

技术领域

本发明涉及机械臂避障技术领域，尤其涉及一种机械臂避障路径规划方法、设备及存储设备。

背景技术

在人类科学技术日新月异的发展潮流中，机器人技术以其广泛的应用范围、灵活的使用方式，以及在特种作业中的独特需求，成为了高新技术的必然发展趋势之一，也因此受到了各个国家越来越多的关注。近几年来，机器人技术在航空航天领域中的应用变得越来越重要。毫无疑问，机械臂在航空航天领域中起着至关重要的作用。机械臂工作性能的强弱、稳定性能的高低，直接影响着在轨操作的诸多方面。避障路径规划是机械臂在运动过程中很重要的一个环节，其关系到机械臂在移动过程中的精确度和稳定性，以及响应时间。特别的，在较为复杂的环境当中，机械臂需要在确保自身安全的情况下规划出一条可行的工作路径。目前，关于机械臂避障路径规划的研究多不考虑关于实时避障路径规划问题以及环境中出现动态障碍物的情况，导致了相关方法无法普遍应用于较为复杂的场景当中。因此，研究如何实现机械臂实时避障路径规划以及考虑环境中出现障碍物的情况具有重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种机械臂避障路径规划方法、设备及存储设备，一种机械臂避障路径规划方法，主要包括以下步骤：

S101：通过机械臂中的外部传感器，检测作业目标及障碍物的位姿数据，以所述机械臂末端的初始位置作为避障路径规划的起始节点，以作业目标的位置作为所述避障路径规划的目标节点；

S102：采用C空间法对所述机械臂的作业空间进行三维建模,得到C空间的网格化模型；

S103：根据所述网格化模型，采用改进的A*算法在网格化的C空间内进行避障路径搜索，得到所述机械臂末端自起始节点到目标节点的避障路径；

S104：采用三次均匀B样条曲线方法对所述避障路径进行平滑处理，将平滑处理过的所述避障路径作为最终的路径规划结果。

进一步地，在步骤S102中，使用网格法将所述C空间用若干个相等的立方体表示，每一个所述立方体都对应有一个单独的索引值，所述障碍物空间内的所述立方体对应的索引值为index(X,Y,Z)，所述自由空间内的所述立方体对应的索引值为index(x,y,z)；索引值index(m,n,l)中的(m,n,l)分别表示从原点0到所述索引点处在x、y和z方向上所述立方体的个数，取所述立方体的边长为length，则所述索引点处的坐标为：其中，或由所述自由空间和障碍物空间中各个索引点的坐标得到C空间的网格化模型。

进一步地，在步骤S103中，建立改进的A*算法的估价函数如公式(1)所示：

f(n)＝g(n)+h(n) (1)

其中，f(n)为当前节点的估价函数，g(n)为起始节点到当前节点的实际代价，表示搜索广度的优先趋势，h(n)为启发函数，表示从当前节点到目标节点的最佳路径的估计代价，体现了搜索中的启发信息；

采用改进的A*算法搜索避障路径的过程为：

S201：将初始节点的坐标S(x,y,z)添加到open列表；

S202：检测所述open列表是否为空？若是，则到步骤S203；若否，则到步骤S204；