[发明专利]一种基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法

说明书

本发明公开了一种基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法，包括以下步骤：S1、确定机械臂DH模型，定义机械臂2,4,6轴组成的臂平面与参考面间的夹角为臂角；S2、根据DH模型矩阵表达式求解，期望位姿矩阵和臂角共七个约束条件，结合机械臂几何构型，解得七个关节角；S3、根据启发式偏向采样策略，获得随机树采样点；S4、结合启发式偏向采样策略，利用RRT*算法搜索出一条起始与期望位置间的无碰渐进最优路径，机械臂沿其运动过程中检测是否发生碰撞。发生碰撞则改变臂角，利用零空间自运动来避开障碍物。本申请使用改进的RRT*避障算法属于智能优化算法的一种，在RRT*算法的基础上结合启发式偏向采样策略与零空间自运动进行改进，提高了算法的规划速度与效率。

技术领域

本发明属于工业机器人控制技术领域，具体涉及一种基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法。

背景技术

在冗余机械臂的研究中，运动规划是其中一个非常重要的研究课题。冗余机械臂的运动规划被定义为在机械臂的工作空间内，为冗余机械臂找出一条满足需求与某种性能指标的无碰撞运动路径。这个性能指标除了不发生碰撞，通常也可能包括路径最优、机械功最小以及路径平滑等相关指标。而对于冗余机械臂的避障运动规划来说，就是在冗余机械臂工作空间中存在障碍物的情况下，从冗余机械臂的起始位姿到目标位姿找出一条轨迹，使得冗余机械臂末端在沿着其运动的过程中，实现对障碍物的避碰。

通常情况下，七轴冗余机械臂相对于普通机械臂而言自由度较多，这就使得其求解时的构型空间的维数也相应的更高。此时若对冗余机械臂采用传统的路径规划算法的话，那么冗余机械臂的运动学求解就会面临计算量指数爆炸的问题，导致难以在期望的时间内得出一条无碰撞的避碰路径。而冗余机械臂采用基于采样的运动规划算法，能够有效的克服上述传统路径规划算法存在的指数爆炸问题，同时还具备概率的完备性。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法，在RRT*算法的基础上结合启发式偏向采样策略与零空间自运动进行改进，提高了算法的规划速度与效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法，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，获得随机树采样点；

S4、结合启发式偏向采样策略，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。

本发明的有益效果为：

本申请使用的改进的RRT*避障算法属于智能优化算法的一种，在RRT*算法的基础上结合启发式偏向采样策略与零空间自运动进行改进，提高了算法的规划速度与效率。

附图说明

图1为本发明涉及的算法流程图。

图2为本发明涉及的冗余度参数臂角的定义。

图3为本发明涉及的一种SRS构型七轴冗余机械臂建立的空间坐标系示意图。

图4为本发明涉及的RRT*避障算法节点扩展图。

图5为本发明涉及的基于改进RRT*的七轴冗余机械臂避障算法与RRT*算法在二维空间中的规划结果对比图。