[發明專利]基于改進A*算法的工業機械臂無碰撞路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201810045890.6
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108356819B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 陶唐飛;鄭翔;賀華;徐光華;姚旿冬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

基于改進A*算法的工業機械臂無碰撞路徑規劃方法，先對六自由度機械臂進行參數化建模，并建立機械臂的正逆運動學模型；再建立機械臂及環境的OBB包圍盒；然后設置A*算法的估價函數和搜索步長，采用基于分離軸的碰撞檢測算法在搜索的每一步中判斷機械臂是否與環境發生碰撞；再根據關節轉動角度之和最小且不發生碰撞的原則，在機械臂的六維關節空間中進行搜索，得到無碰撞的路徑；本發明將傳統的A*算法的搜索步長設置為變步長，能夠實現六自由度的機械臂在C空間的無碰撞路徑搜索，具有計算簡單，搜索效率高的優點。

技術領域

本發明涉及工業機器人路徑規劃技術領域，具體涉及基于改進A*算法的工業機械臂無碰撞路徑規劃方法。

背景技術

路徑規劃是控制工業機器人按照人工預設的路徑運動完成作業任務，決定了機器人的工作方式與工作效率。路徑規劃技術是工業機器人自動化生產的基礎，也是智能制造業必不可缺的重要組成部分。針對六自由度的工業機械臂，傳統的無碰撞路徑規劃方法是基于C空間法(構型空間法)的路徑規劃，但是在求解C空間的障礙物邊界時，需要將工作空間的障礙物區域轉換到C空間，這需要大量的計算，并且精確的障礙域難以獲得。

現有的基于A*算法的路徑規劃，很多是在工作空間(笛卡爾空間)進行路徑搜索，這樣規劃出的最短路徑并不是關節變化量最小的路徑，所以需要在C空間進行路徑規劃。而針對C空間的路徑規劃，由于在六維空間的搜索問題的復雜性，現有的算法大多忽略了幾個自由度，對搜索空間進行了一定的簡化，這樣得到的路徑也是簡化后的，并不能夠保證路徑的安全性。為了得到準確避障的路徑，往往需要設置較小的搜索步長，搜索步長與避障準確度是相互矛盾的，如何在保證無碰撞的前提下提高搜索效率是需要解決的問題。

綜上所述，針對六自由度機械臂在C空間的路徑規劃，傳統的無碰撞路徑規劃的方法需要大量計算，并且精確的障礙域難以獲得。傳統的A*算法不適用于六維空間的搜索問題，并且搜索效率有待提高。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種基于改進A*算法的工業機械臂無碰撞路徑規劃方法，可以實現六自由度機械臂的無碰撞路徑規劃，具有計算簡單，搜索效率高的優點。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

基于改進A*算法的工業機械臂無碰撞路徑規劃方法，包括以下步驟：

步驟1、對六自由度機械臂進行參數化建模，并建立機械臂的正逆運動學模型：

采用D-H法描述機械臂的位姿，建立機械臂的連桿坐標系，確定機械臂的D-H參數；

根據D-H參數，連桿i和連桿i-1相對位置的齊次變換矩陣^i-1A_i為：

式中C_i＝cosθ_i，S_i＝sinθ_i，其中i表示機械臂的連桿個數，i＝1,2,3,4,5,6；

將各關節的齊次變換矩陣相乘，得到了機械臂末端執行器的齊次變換矩陣為：

其中，p_x,p_y,p_z表示平移變換在x，y，z三個方向的分量，n＝[n_x n_y n_z]，o＝[o_x o_yo_z]，a＝[a_x a_y a_z]，分別為繞x，y，z三個方向旋轉矢量；