[發(fā)明專利]復(fù)雜環(huán)境下焊接機(jī)器人無碰撞路徑規(guī)劃方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110374922.9
• 申請(qǐng)日: 2021-04-08
• 公開（公告）號(hào): CN112947489B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王學(xué)武;魏建斌;周昕;顧幸生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 北京格允知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 張莉瑜

本發(fā)明涉及一種復(fù)雜環(huán)境下焊接機(jī)器人無碰撞路徑規(guī)劃方法及裝置、計(jì)算機(jī)設(shè)備、計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該方法包括：初始化并進(jìn)行建模；在第一節(jié)點(diǎn)樹和第二節(jié)點(diǎn)樹上分別擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)；其中第一節(jié)點(diǎn)樹以焊接路徑的起始點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)，第二節(jié)點(diǎn)樹以焊接路徑的終止點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)時(shí)根據(jù)路徑搜索環(huán)境的復(fù)雜程度選擇擴(kuò)展方式；判斷根據(jù)第一節(jié)點(diǎn)樹和第二節(jié)點(diǎn)樹上的節(jié)點(diǎn)是否能夠獲得一條從起始點(diǎn)到終止點(diǎn)的無碰撞路徑；將無碰撞路徑作為初始路徑，對(duì)初始路徑進(jìn)行插值處理；對(duì)完成插值后的路徑進(jìn)行后處理優(yōu)化，獲得無碰撞的最短路徑；返回最短路徑。本發(fā)明提供的路徑規(guī)劃方法通用性強(qiáng)，具有較高的效率和魯棒性，能夠適應(yīng)不同的復(fù)雜路徑規(guī)劃環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)雜環(huán)境下焊接機(jī)器人無碰撞路徑規(guī)劃方法及裝置、計(jì)算機(jī)設(shè)備、計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)

焊接機(jī)器人的路徑規(guī)劃問題可以被描述為尋找一條從焊接的起始點(diǎn)到終止點(diǎn)的無碰撞路徑。通常情況下，無碰撞的路徑長度越短，說明規(guī)劃效果越好，焊接作業(yè)的效率就越高。通過無碰撞路徑規(guī)劃方法來規(guī)劃出合理的跳轉(zhuǎn)路徑，不僅能夠有效地提升焊接效率，還能提高生產(chǎn)過程的智能化程度，降低人力成本。目前，焊接機(jī)器人的路徑規(guī)劃過程主要通過人工示教完成，非常依賴工程師的自身經(jīng)驗(yàn)，而當(dāng)面對(duì)復(fù)雜焊接環(huán)境且焊縫較多的情況時(shí)，人工規(guī)劃比較耗時(shí)，并且質(zhì)量無法得到保證。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述至少一部分不足之處，提供一種高效的弧焊機(jī)器人避障路徑規(guī)劃方法，能夠在復(fù)雜環(huán)境下快速搜索出盡可能短的焊接路徑，提高焊接效率，為實(shí)際場景下的焊接作業(yè)提供有效指導(dǎo)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種復(fù)雜環(huán)境下焊接機(jī)器人無碰撞路徑規(guī)劃方法，包括如下步驟：

S1、初始化并對(duì)環(huán)境中的障礙物進(jìn)行建模；

S2、在第一節(jié)點(diǎn)樹和第二節(jié)點(diǎn)樹上分別擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)；其中，第一節(jié)點(diǎn)樹以焊接路徑的起始點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)，第二節(jié)點(diǎn)樹以焊接路徑的終止點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)路徑搜索環(huán)境的復(fù)雜程度選擇擴(kuò)展方式；

S3、判斷根據(jù)所述第一節(jié)點(diǎn)樹和所述第二節(jié)點(diǎn)樹上的節(jié)點(diǎn)是否能夠獲得一條從所述起始點(diǎn)到所述終止點(diǎn)的無碰撞路徑，是，則繼續(xù)執(zhí)行下一步驟，否，則返回上一步驟；

S4、將所述無碰撞路徑作為初始路徑，對(duì)所述初始路徑進(jìn)行插值處理；

S5、對(duì)完成插值后的路徑進(jìn)行后處理優(yōu)化，獲得無碰撞的最短路徑；

S6、返回所述最短路徑。

優(yōu)選地，所述步驟S2中，擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)路徑搜索環(huán)境的復(fù)雜程度選擇擴(kuò)展方式，在滿足復(fù)雜性判定條件時(shí)，采用隨機(jī)采樣來擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)，否則采用目標(biāo)偏向概率采樣來擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)；

若擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)后無碰撞，則更新擴(kuò)展的新節(jié)點(diǎn)及周圍節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)。優(yōu)選地，所述復(fù)雜性判定條件包括：

p_rand＜p_a，

其中，

p_rand為隨機(jī)采樣概率，p_a為根據(jù)T_failed計(jì)算得到的判定概率，T_failed為碰撞檢測失敗的次數(shù)。

優(yōu)選地，碰撞檢測失敗包括焊槍碰撞檢測失敗與機(jī)械臂碰撞檢測失敗。

優(yōu)選地，所述步驟S5中，對(duì)完成插值后的路徑進(jìn)行后處理優(yōu)化時(shí)，利用三角不等式原理，在完成插值后得到的各個(gè)路徑點(diǎn)中，連接盡可能長距離且無碰撞的路徑點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述步驟S1中，對(duì)環(huán)境中的障礙物進(jìn)行建模包括對(duì)焊接工件和夾具進(jìn)行建模。

本發(fā)明還提供了一種復(fù)雜環(huán)境下焊接機(jī)器人無碰撞路徑規(guī)劃裝置，包括：