[发明专利]基于UR3机械臂的改进式PRM避障运动规划方法

说明书

本发明涉及基于UR3机械臂的改进式PRM避障运动规划方法，该方法首先根据UR3机械臂运动学特性建模，进行逆运动学的求解；确定搜索空间的各种参数，构造一个无向图的路径网格存储采样点集和路径集；每一次迭代过程得到一个采样点，根据动态邻域半径来选择邻域内的若干点作为当前采样点的连接对象；通过构建局部规划器来规划点与点之间的简单路径，并检测该路径与空间障碍物的碰撞情况，若无碰撞则将路径添加到路径网格中；迭代完成最后，再利用A*算法，从得到的路径网格RoadMap中获取最佳的连接起始点和终点位姿的路径。能够使机械臂更快速有效的避开障碍物，且这种概率式的规划在高维空间中更是有效，精确度更高，具有渐进最优的优点。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于UR3机械臂的改进式PRM避障运动规划方法。

背景技术

自从机器人概念从上世纪五十年代提出，经历了半个多世纪的演变，机器人经历了从简单功能到复杂功能，从单一行为到复杂行为以及从单场景到多场景的转变，而今天已经出现集成多功能的复杂型机器人。从Willow Garag公司开发的可以自动打台球的双臂机器人PR2，到可以自主潜到水深3000米的水下机器人OCEAN ONE，再到ABB公司2014年上市的人机协作机械臂Yumi，机器人的概念从简单工业生产线上的机械臂，转入到服务于人类的服务型机器人，转型到精加工工厂流水线的轻型协作机械臂。

目前市场导向追逐更加灵活的任务层面的操纵，例如实现从A点抓取，在B点停止并进行作业这样的任务编程，不需要考虑中间的状态。这就要求其有精准的自主快速规划路径的能力，以及针对复杂障碍物环境高效的避障功能，机器人如何能无碰撞地在关节空间中完成初始关节角度到末端关节角度是机器人运动规划需要考虑的重要问题，其本质上是约束条件下的路径优化问题，随着规划方法的不断智能化，如何快速高效的选出优化的路径是衡量机器人智能化的重要指标。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的首要目的是提供一种基于UR3机械臂的改进式PRM避障运动规划方法。基于该目的，本发明至少提供如下技术方案：

基于UR3机械臂的改进式PRM避障运动规划方法，包括如下步骤：

步骤S1、搭建七连杆和六旋转关节的六自由度机械臂运动学模型及逆运动学求解各关节的参数；

步骤S2、确定所述机械臂所在空间的参数，设位型空间为C，自由空间为C_free，障碍物空间为C_obs，构造一个初始化后的无向图的路径网格存储采样的随机点集以及路径集；

步骤S3、进行当前迭代，每次迭代获得一个采样点，设置采样点的动态邻域半径，根据动态邻域半径来选择邻域内的若干随机点作为当前采样点的连接对象，其中所述动态邻域半径是指邻域半径随采样点数动态变化；

步骤S4、构建局部规划器，当前采样点调用局部规划器分别与其邻域内的连接对象进行连接形成新的路径；

步骤S5、对所述新的路径做碰撞检测，若所述新的路径与障碍物空间无碰撞，则将所述新的路径添加至路径集中，反之，则不添加；

步骤S6、为每个采样点引入权重系数ω，扩充区域点；

步骤S7、重复步骤S3至步骤S6，直到迭代完成，获得路径网格；

步骤S8、将路径的起始位姿以及终点位姿导入所述步骤S7中的路径网格，根据A*算法，从所述路径网格中获取最佳的连接起始位姿和终点位姿的路径。

进一步的，所述动态邻域半径随采样点数动态变化如下：

其中，r是动态邻域半径，d是空间维度，n是当前已采样的点数，μ(C_free)是自由空间的体积，ζ(C_d)是d维欧氏空间中单位球的体积。