[发明专利]一种机械臂运动规划方法

说明书

本发明公开了一种机械臂运动规划方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、利用常见的空间规则物体近似包络障碍物进行障碍物建模；步骤2、给定机械臂起始位置与目标位置，通过逆运动学方法获得目标位置的逆解；步骤3、通过p‑rrt算法计算出一条轨迹；步骤4、导入七自由度机械臂模型并给定机械臂目标位置，通过逆运动学得到目标位置逆解；将得到的轨迹的路径节点作为输入并用B样条曲线对该路径进行平滑优化处理；步骤5，在Matlab中进行仿真实验，加入B样条曲线优化后的仿真对比，对比了平滑前后的路径曲线，验证有效性，完成械臂运动规划，解决了现有技术中存在的规划路径平滑度差的问题。

技术领域

本发明属于机械臂运动规划技术领域，涉及一种机械臂运动规划方法。

背景技术

机器人的运动规划问题是机器人研究领域中的重要问题，其主要由路径规划和轨迹规划(时间)组成，连接起起点位置和目标点位置的序列点或曲线称之为路径，构成路径的策略即路径规划。

路径规划是要找到一系列要经过的路径点，路径点是空间中的位置或关节角度，而轨迹规划是赋予路径以时间信息。运动规划是在给定的路径端点之间插入用于控制的中间点序列从而实现沿给定的路径平稳运动。轨迹规划在路径规划的基础上加入时间序列信息，对机器人执行任务时的速度与加速度进行规划，以满足光滑性和速度可控性等要求。

采用快速扩展随机树(Rapidly exploring Random Tree)路径规划算法，通过对状态空间中的采样点进行碰撞检测，避免了对空间的建模，能够有效地解决机械臂在高维空间和复杂环境下的运动规划问题。但传统的RRT算法导向性较差，规划空间增大时，存在所规划的路径平滑度差，且算法时间复杂度高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械臂运动规划方法，决了现有技术中存在的规划路径平滑度差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种机械臂运动规划方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、利用常见的空间规则物体近似包络障碍物进行障碍物建模；

步骤2、利用步骤1建立的模型，给定机械臂起始位置与目标位置，通过逆运动学方法获得目标位置的逆解；

步骤3、利用步骤2得到的逆解的值通过p-rrt算法计算出一条轨迹；

步骤4、导入七自由度机械臂模型并给定机械臂目标位置，通过逆运动学得到目标位置逆解；将步骤3得到的轨迹的路径节点作为输入并用B样条曲线对该路径进行平滑优化处理；

步骤5，根据步骤4可以得到机械臂平滑后的路径曲线，在保证对机械臂运动不与障碍物发生碰撞的前提下，在Matlab中进行仿真实验，P加入B样条曲线优化后的仿真对比，对比了平滑前后的路径曲线，验证有效性，完成械臂运动规划。

本发明的特点还在于：

步骤1具体按照以下实施：获取障碍物的大小、位置信息，设置碰撞检测方案；为了避免机械臂各连杆与障碍物发生碰撞，在将障碍物包络成球体后，需计算球形障碍物和机械臂连杆之间的空间位置关系，若机械臂连杆与球形障碍物圆心的距离小于半径之和即机械臂连杆和障碍物有交集部分，则会发生碰撞，其余情况则表示不会发生碰撞。

步骤3具体按照以下步骤实施：

步骤3.1，在地图环境中进行随机采样并确定采样点x_rand，找到距离x_rand最近的节点x_near；

步骤3.2，确定随机点边界并根据概率函数P的值来选择树的生长方向是朝向目标点方向还是随机方向；此处设置的概率为有0.5概率直行；

步骤3.3，沿着x_near到x_rand方向前进stepsize的距离得到x_new；