[發明專利]一種六自由度機械臂空間軌跡優化方法

有效

• 申請號: 202010112583.2
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111230881B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 王鶴官;張浪文;謝巍
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 仵樂娟

本發明涉及一種六自由度機械臂空間軌跡優化方法，該方法主要分為兩個階段：路徑簡化和路徑平滑；路徑簡化部分沿著待優化路徑隨機采樣兩個非連續段上的點，若直接連接這兩個點的路徑是有效的、無碰撞的，則用其替換連接兩個點的原始路徑段，以消除多余的狀態點；路徑平滑部分，利用分段貝塞爾曲線思想，但與之不同的是，本發明并沒有用多項式擬合出曲線，而是通過多次迭代不斷增加狀態點、更新狀態點位置來達到平滑的目的。該方法能夠平滑原始路徑，減少路徑上的冗余狀態點，提高機械臂在運動過程中關節軌跡的平滑性，對于減少機械臂關節驅動和傳動器件的振動和沖擊，提高機械臂軌跡精度和機械臂本體的使用壽命具有重要的意義。

技術領域

本發明涉及機器人運動規劃領域，具體涉及一種六自由度機械臂空間軌跡優化方法。

背景技術

工業生產生活中，機械臂主要用于碼垛、焊接、拋光等作業，在整個機械臂的運動過程中需要更高的運動精度。這種運動往往是點到點的運動，需要沿著指定的路徑進行連續運動，不僅需要確定機械臂關節的初始點位型和終點位型，還要對整個目標路徑的若干路徑點進行軌跡規劃。由于工業上使用的機械臂多是高緯度的，在高維空間內規劃軌跡路徑往往采用的是基于概率的路徑規劃算法?；诟怕什蓸拥穆窂揭巹澦惴ǎ热鏡RT、PRM及其改進算法具有在高維空間能夠快速解決運動規劃的問題，但是用于構造求解路徑的是一些空間離散狀態集，并且由于該類路徑算法的概率性、隨機性，綜合導致了規劃出來的路徑存在冗余狀態節點過多、路徑轉折點多、路徑不平滑等問題。

若運動規劃路徑存在上述幾個問題，機械臂在工作過程中容易出現位移、速度、加速度的突變，將影響工作過程中的穩定性。因此可見，恰當的軌跡規劃及優化對機械臂高效、精確、可靠運行至關重要。

軌跡路徑優化算法的選擇具體取決于機械臂所使用的成本度量。為了適應工業要求，軌跡優化必須非?？焖佟Ｍǔ５穆窂絻灮椒ㄊ抢脝l式算法，從初始路徑開始，在其附近搜索大量的空間狀態點集，找到經過這些空間狀態點的最佳路徑，然后迭代搜索局部最小值。這種方法很通用，但是很耗費資源，速度可能很慢。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的首要目的是提供一種六自由度機械臂空間軌跡優化方法，該方法主要分為兩個階段：路徑簡化和路徑平滑。路徑簡化部分沿著待優化路徑隨機采樣兩個非連續段上的點，若直接連接這兩個點的路徑是有效的、無碰撞的，則用其替換連接兩個點的原始路徑段，以消除多余的狀態點；路徑平滑部分，利用分段貝塞爾曲線思想，但與之不同的是，本發明并沒有用多項式擬合出曲線，而是通過多次迭代不斷增加狀態點、更新狀態點位置來達到平滑的目的。該方法能夠平滑原始路徑，減少路徑上的冗余狀態點，提高機械臂在運動過程中關節軌跡的平滑性，對于減少機械臂關節驅動和傳動器件的振動和沖擊，提高機械臂軌跡精度和機械臂本體的使用壽命具有重要的意義?；谏鲜瞿康?，本發明至少提供如下技術方案：

一種六自由度機械臂空間軌跡優化方法，其包括以下步驟：

步驟S1、初始化所述機械臂空間軌跡，該空間軌跡為包含n個狀態點的待優化的分段線性路徑γ＝(state₀,state₁,…,state_i,…,state_n-1)；