一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法的制作方法

本发明涉及机械臂路径规划，具体为一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法。

背景技术：

1、机械臂是指高精度、多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统，近年来，随着机器人技术的发展，应用高速度、高精度、高负载自重比的机器人结构受到工业和航空航天领域的关注，因其独特的操作灵活性，机械臂已在工业装配、安全防爆等领域得到广泛应用，但现有的六轴机械臂的轨迹规划中，没有考虑到机械臂的奇异点与自碰撞点，容易出现抖动与自碰撞的情况；现有的六轴机械臂的轨迹规划中，由于缺少避障功能，导致其难以适应实际加工环境；现有的六轴机械臂的轨迹规划，其轨迹优化能力单一，且优化效率不高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，包括以下步骤：步骤一，数据初始化；步骤二，规划运动轨迹；步骤三，建立运动模型；步骤四，模拟环境障碍；步骤五，轨迹仿真；步骤六，轨迹优化；

3、其中在上述步骤一中，首先获得六轴机械臂的末端起点，以及途径焊接点的位姿；

4、其中在上述步骤二中，根据机械臂起始点与途径焊接节点规划机械臂运动路径；

5、其中在上述步骤三中，结合步骤二中得出的运动轨迹来建立机械臂关节的运动模型；

6、其中在上述步骤四中，在运动模型中加入随机障碍，来模拟真实焊接场景，并通过避障训练来提高机械臂的自主避障能力；

7、其中在上述步骤五中，使用matlab软件来对上述运动轨迹进行仿真，得到各类直观的运动参数；

8、其中在上述步骤六中，采用不同的算法对运动轨迹进行轨迹优化，并根据实际操作中具体的需求将不同优化结果进行加权处理，得到所需要的运动轨迹规划。

9、优选的，所述步骤一中，采用d-h法描述机械臂的位姿，建立机械臂的连杆坐标系，并确定其d-h参数，在获取各个节点的位姿之后，还需要输入每个轴关节的关节约束条件，其中包括关节速度、关节加速度、关节力矩以及关节脉动。

10、优选的，所述步骤二中，在不出现路径节点重复的情况下，将机械臂末端起点与各个焊接节点连接成运动轨迹，将所有连接而成的运动轨迹进行集合即为路径规划。

11、所述步骤三中，采用obb包围盒算法，并使用建模软件建立机械臂的运动模型。

12、优选的，所述步骤四中，在避障训练中，首先需要扫描障碍物，确定障碍物主体，并根据障碍物体积比，去除占比小于5％的突出部分，建立表面规则的障碍物模型，获得障碍物中心与机械臂运动轨迹的交界点，以该点为准将机械臂前端向侧方位移，位移距离为障碍物中心到交界点的1.5-2倍。

13、优选的，所述步骤五中，仿真所得到的运动参数包括各运动轨迹对应的运动路径、运动时间与运动稳定性。

14、优选的，所述步骤六中，运动轨迹的优化算法包括粒子群算法与改进遗传算法。

15、优选的，所述步骤六中，不同优化结果是根据不同优化策略的制定所得出，其中，优化策略包括运动路径优化、运动时间优化与机械臂稳定优化，之后便可以根据具体的优化需求来定制优化算法。

16、优选的，所述机械臂稳定优化指的是各个关节运动时加速度的控制，以避免机械臂关节的急启、急停。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明相较于现有的六轴机械臂的轨迹规划算法，通过添加对轴关节的关节约束条件，以避免机械臂运动至奇异点或自碰撞点，防止其剧烈抖动或自碰撞；本发明通过模拟加工环境中的障碍并进行迭代训练的方式，使其实现自动避障的功能，能够更好地适应实际加工环境；本发明通过不同算法结合不同优化策略进行轨迹优化，提高了其适用性与优化效率。

技术特征：

1.一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，包括以下步骤：步骤一，数据初始化；步骤二，规划运动轨迹；步骤三，建立运动模型；步骤四，模拟环境障碍；步骤五，轨迹仿真；步骤六，轨迹优化；其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，其特征在于：所述步骤一中，采用d-h法描述机械臂的位姿，建立机械臂的连杆坐标系，并确定其d-h参数，在获取各个节点的位姿之后，还需要输入每个轴关节的关节约束条件，其中包括关节速度、关节加速度、关节力矩以及关节脉动。

3.根据权利要求1所述的一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，其特征在于：所述步骤二中，在不出现路径节点重复的情况下，将机械臂末端起点与各个焊接节点连接成运动轨迹，将所有连接而成的运动轨迹进行集合即为路径规划。

4.根据权利要求1所述的一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，其特征在于：所述步骤三中，采用0bb包围盒算法，并使用建模软件建立机械臂的运动模型。

5.根据权利要求1所述的一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，其特征在于：所述步骤四中，在避障训练中，首先需要扫描障碍物，确定障碍物主体，并根据障碍物体积比，去除占比小于5％的突出部分，建立表面规则的障碍物模型，获得障碍物中心与机械臂运动轨迹的交界点，以该点为准将机械臂前端向侧方位移，位移距离为障碍物中心到交界点的1.5-2倍。

6.根据权利要求1所述的一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，其特征在于：所述步骤五中，仿真所得到的运动参数包括各运动轨迹对应的运动路径、运动时间与运动稳定性。

7.根据权利要求1所述的一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，其特征在于：所述步骤六中，运动轨迹的优化算法包括粒子群算法与改进遗传算法。

8.根据权利要求1所述的一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，其特征在于：所述步骤六中，不同优化结果是根据不同优化策略的制定所得出，其中，优化策略包括运动路径优化、运动时间优化与机械臂稳定优化，之后便可以根据具体的优化需求来定制优化算法。

9.根据权利要求8所述的一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，其特征在于：所述机械臂稳定优化指的是各个关节运动时加速度的控制，以避免机械臂关节的急启、急停。

技术总结
本发明公开了一种基于六轴机械臂焊接轨迹规划的算法，包括以下步骤：步骤一，数据初始化；步骤二，规划运动轨迹；步骤三，建立运动模型；步骤四，模拟环境障碍；步骤五，轨迹仿真；步骤六，轨迹优化；所述步骤六中，运动轨迹的优化算法包括粒子群算法与改进遗传算法，本发明相较于现有的六轴机械臂的轨迹规划算法，通过添加对轴关节的关节约束条件，以避免机械臂运动至奇异点或自碰撞点，防止其剧烈抖动或自碰撞；本发明通过模拟加工环境中的障碍并进行迭代训练的方式，使其实现自动避障的功能，能够更好地适应实际加工环境；本发明通过不同算法结合不同优化策略进行轨迹优化，提高了其适用性与优化效率。

技术研发人员：吴志平
受保护的技术使用者：深圳市定向三维科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14