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专利号: 2021105094537
申请人: 西南交通大学
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:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进式RRT算法的机械臂自主避障方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:利用D‑H法对六轴机械臂位姿进行建模;

S2:建立基于gazebo的六轴机械臂工作环境,工作环境中随机生成形状不规则障碍物;

S3:利用改进式RRT算法完成机械臂的运动规划;

S4:最后对所得的路径利用三次Hermite曲线平滑处理;

所述S3利用改进式RRT算法完成机械臂的运动规划,具体步骤如下:S31:确定机械臂工作起点、目标点、障碍物位置;

S32:设初始随机树G1,G2;

初始G1:以起点作为G1根节点及父节点;

初始G2:以终点作为G2根节点及父节点;

S33:确定搜索时长或者最大搜索次数,搜索步长;

1/d

搜索步长选取公式:r=γ[(logn)/n]其中:d表示状态空间的维度,n表示树中节点个数,γ是由环境确定的常数;

S34:在无障碍物状态空间中确定固定采样点;

在起点与目标点间引入采样固定点pfix,分为两种情况:第一种情况:当起点和目标点有障碍物时;

pinit(xi,yi,zi)与pgoal(xg,yg,zg)连线中点有障碍物时,以中点为圆心,为初始半径画圆,并画一条垂直于pinit与pgoal连线的直线求圆与直线的交点;将得到的两个交点进行碰撞检测,若仍碰撞则增加半径长度,直至某一交点碰撞检测通过,则将该交点作为采样固定点,其中xi,yi,zi表示起点pinit的xyz轴,i是起点的索引单位,g是目标点的索引单位;

第二种情况:当起点和目标点无障碍物时;

pinit(xi,yi,zi)与pgoal(xg,yg,zg)连线中点无障碍物时,中点位置为采样固定点S35:从G1中找到距离采集点最近的节点;

遍历G1所有节点,找到与采集点的欧氏距离最短的节点qnearest其中Distant表示欧式距离;

S36:从qnearest向采集点扩展一段距离;

当距离大于步长时:从最近点出发,向采集点延申一个步长的距离;

当距离小于步长时:采集点为扩展点;

S37:碰撞检测;

S371:使用长方体包络障碍物,并得到包络后的解析函数描述;

S372:使用机械臂最大直径膨胀障碍物;

S373:将机械臂骨架化;

S374:将膨胀后的障碍物表面的点和机械臂位置关系表示为函数形式进行碰撞检测;

S38:将检测通过的点,纳入G1中,并重复S35至S38;若检测不通过,则以qnearest(xn,yn,zn)为中点,以2r两倍步长的距离为直径画圆,以45°为间隔在z=zn的圆域边上采集8个节点,其中节点的坐标为:xe=xn+rcosθ

ye=yn+rsinθ

ze=zn

其中e为圆域边上节点的索引,n为最近点qnearest的索引;

然后分别对8个节点进行碰撞检测,选择无碰撞且距离pfix最近的点作为下一步的扩展方向,并向前扩展一步至qnew;当算法扩展至qnew后,重复S35至S38,直到G1子节点与pfix距离小于某个阈值,结束G1的扩展;

S39:进行G2的扩展,G2与G1扩展步骤相同。