[发明专利]一种基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法

权利要求书

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＝⁰T₁·¹T₂·²T₃·³T₄·⁴T₅·⁵T₆·⁶T₇ (2)

S23、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：

4.根据权利要求3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S3的具体步骤如下：

S31、首先设定一个概率阈值P∈(0，1)，利用随机函数rand(1)得到一个0到1之间的随机数p；

S32、当随机数p小于给定的概率阈值P时,将目标点做为采样点；当随机数p小于给定的概率阈值P时，采样点由随机函数Rand_Node函数产生。