[發明專利]一種基于優化的機器人A*避障路徑規劃方法

在審

• 申請號: 201810046969.0
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108362291A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 黃攀峰;齊志剛;劉正雄;董剛奇;孟中杰;張夷齋;張帆
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種基于優化的機器人A*避障路徑規劃方法，為降低空間在軌服務機械臂長期運行而造成磨損，提出一種優化的A*路徑規劃，因為在工程中機械臂末段每經過一個節點機械臂需要停止和啟動一次，這樣加大了對機械臂的磨損，本方法提到的方法可以減少搜索路徑中的節點，增加機械臂末端路徑的平滑性，減少機械臂停止與開始的頻率，該方法映射到關節空間，減少關節速度變化的頻率，減少關節的磨損，增加機械臂的使用壽命。同時其中還提出一種改進的長方體包絡障礙物碰撞檢測方法和圓柱型包絡機械臂連桿自身碰撞檢測方法，該方法減少計算復雜度，提高計算效率，減少碰撞檢測時間，優先提高碰撞檢測的實時性。

技術領域

本發明屬于機器人及遙操作技術領域，基于七自由度擬人機械臂驗證優化的A*路徑規劃規劃，涉及一種基于優化的機器人A*避障路徑規劃方法。

背景技術

隨著空間探索的深入,空間在軌服務和維修越來越加頻繁,其中空間機械臂在空間 站的建設和維護中顯得尤其重要，空間機械臂應用技術已經成為空間技術的重要研究方向。空間機械臂代替宇航員完成空間作業任務，如組裝與搭建空間站、釋放與回收 衛星、維護空間設備以及完成空間科學試驗等，大大減小了宇航員艙外作業的風險， 因此空間機械臂應用技術受到國內外專家的高度重視。在微重力環境下，空間機械臂 系統處于自由漂浮狀態，使得機械臂控制變量與非獨立變量之間存在強烈的運動耦合， 運動控制難度加大，從而空間機械臂的路徑規劃變得特別復雜此外，由于空間環境中 的空間碎片，空間艙體外設試驗裝置等都有可能成為空間機械臂在軌操作過程中的障 礙，因此為了順利完成在軌操作任務，開展空間機械臂避障路徑規劃研究十分重要， 但空間機械臂設計具有工作空間大、運動靈活、使用壽命長、可靠性和控制精度要求 高等要求，本專利基于此背景提出了一種改進的長方體包絡法結合圓柱包絡法進行碰 撞檢測,此方法增加了碰撞檢測的計算速度,提高了路徑規劃的實時性，同時提出一種 優化的A*算法可以有效增加機械臂末端運動軌跡的平滑性，不但減少機械臂關節角速 度變化的頻率，而且可以減少機械臂關節運動停止與啟動次數，有效降低機械臂的磨 損，延長了機械臂使用壽命；最后在unity與visual studio2010平臺上進行仿真研究,驗 證了該方法的有效性和實用價值。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于優化的機器人A*避障路徑規劃方法

技術方案

一種基于優化的機器人A*避障路徑規劃方

法，其特征在于步驟如下：

步驟1、采用改進A*路徑規劃算法計算出路徑：

a1：首先采用柵格法對環境進行建模，分成n×n×n個邊長為適當長度的立方體，然后以估價函數為每一個立方體賦值f(n)＝g(n)+h(n)，并計算f(n)、g(n)、h(n)值； 所述環境為起始點至目標節點的一個立體空間；所述g(n)為起始點至當前節點的歐式 距離；所述h(n)當前節點至目標節點的歐式距離；

a2：將起始點加入到Open鏈表中，并把起始點當作當前節點；

a3：將立方體中當前節點的26臨域加入Open鏈表中，并把當前節點作為其父節點；

在Open集中選f(n)值最小的節點作為當前節點；

并且將當前節點添加到Close鏈表中，且在Open鏈表中移除；

若終點添加到Open鏈表中即結束搜索，否則轉下一步驟；

a4：若當前節點的26臨域不在Open鏈表中時，將當前節點的26臨域加入Open 鏈表中，并計算f(n)＝g(n)+h(n)中的f(n)、g(n)、h(n)值；若在Open鏈表中，重新 計算g(n)值，若比先前g(n)值小，則更新g(n)值和父節點，重復步驟a 3；