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专利号: 2020114843658
申请人: 东北林业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 手动工具;轻便机动工具;手动器械的手柄;车间设备;机械手
更新日期:2023-08-21
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种改进的RRT算法,其特征在于:结合Dijkstra算法使用贪心策略计算从起始点到目标点的最短路径,得到改进的RRT算法方程,其算法步骤为:步骤A,初始化变量;

步骤B,随机采样生成节点qnew,并进行碰撞检测,若发生碰撞则进入下一次迭代,重新采样,否则进行下一步;

步骤C,判断生成的qnew节点与qgoal是否满足提前给定的约束,若满足,则转步骤G,否则转步骤D;

步骤D,根据生成的qnew情况,调用自适应步长策略,调整步长因子;

步骤E,根据扩展点选择策略,扩展新节点,然后进行碰撞检测,如果无碰撞,则生成新节点qnew然后转步骤C判断,否则转到步骤F;

步骤F,此时判断生成树是否陷入了局部极小值,如果陷入局部极小值,则调用局部逃脱算法生成qnew然后转步骤C判断,若没陷入极小值转步骤D;

步骤G,此时一个满足系统约束的随机扩展树已经生成,调用Dijkstra算法优化路径,若新路径代价较小,则更新路径;

步骤H,返回生成的RRT树,构建过程结束。

2.工业机器人路径避障规划方法,其特征在于:其方法步骤如下:步骤一,对机械臂进行建模,利于建模过程计算处正逆运动学算法;

步骤二,利用机械臂所处环境,给定目标位姿和障碍物环境;

步骤三,建立改进的RRT算法方程,通过步骤二参数给定三维任务空间约束,并基于约束,利用改进的RRT算法在机械臂的笛卡尔空间搜索路径,使其即不与障碍物碰撞,也不发生自碰撞;

步骤四,利用步骤三获得的路径,进行贪心优化,并利用约束对优化后的路径上的插值点,确定出该点处的机械臂最优位姿;

步骤五,通过控制机械臂的行径,整合出最优位姿集合,使机械臂无碰撞的达到目标位姿;

步骤六,根据上述步骤得到的结果进行验证。

3.根据权利要求2所述的工业机器人路径避障规划方法,其特征在于:步骤一中所述的机械臂是指六自由度的串联机械臂。

4.根据权利要求2所述的工业机器人路径避障规划方法,其特征在于:在步骤三或四中,使用改进的RRT算法在笛卡尔空间中规划出一条机械臂末端的有效路径,对于机械臂末端在走这条有效路径时,其他关节连杆的位姿的确定方式如下:关于确定目标点处机械臂最优位姿对应的关节角:(a)若机械臂末端位姿已经确定,则首先根据该末端位姿能够逆解出8组解,关于8组解中的每一组解,首先通过正运动学得出路径中每个连杆的坐标位置的插值点,其次运用包络法,选出解中满足关节限位和符合约束条件的解,最后通过计算确定一个最优目标位姿的关节角;

当机械臂末端位姿已经确定,由逆运动学得到8组逆解,其中4组解是不满足关节限位的约束的,则从另外的4组逆解中,求出最小路径的代价;

(b)当末端姿态不固定时,首先计算出根据机械臂末端的位置坐标从全局Global_System()中计算其姿态:考虑奇异点的同时要满足关节限位和避障,雅可比矩阵条件数的非线性约束条件,最终确定最优目标位姿对应的关节角。

5.根据权利要求1或4所述的一种的改进RRT算法及工业机器人路径避障规划方法,其特征在于:在确定了机械臂在目标点处的最优位姿后,继续确定机械臂从起始点运动到目标点的路径上的最优位姿,具体过程为:首先利用改进后的RRT得到(a)中的路径及其上的插值点;若在某一插值点不存在有效关节角时,则以当前插值点为起始点qinit,重新规划一条到终点qgoal的扩展树,并计算插值点处的有效解,直到找到符合条件的一条路径或者达到迭代上限为止。

6.根据权利要求1或2所述的工业机器人路径避障规划方法,其特征在于:在步骤六中,通过控制机械臂的行径,整合出最优位姿集合的过程,具体验证步骤细化为:

步骤六一,利用实验平台进行运行,以点状机器人和六自由度的串联机械臂作为实验对象验证改进算法,点状机器人仿真在Matlab R2019a仿真平台运行,六自由度机械臂在ROS仿真平台进行;

步骤六二,进行上述算法验证及结果对照;

步骤六三,最终完成点状机器人仿真,实现改进RRT的工业机器人路径避障规划算法,仿真实验中,算法的搜索步长均为50,最大迭代次数为10000,实验次数为500次;二维实验中将避障环境设置为一个大小为1000*1000的平面,在其中添加障碍物进行测验。