一种焊接机器人无碰撞路径规划方法

本发明涉及工业机器人运动规划，特别涉及一种焊接机器人无碰撞路径规划方法。

背景技术：

1、结构件焊接是工程机械、船舶、钢结构、轨道交通及航空航天装备制造过程中的重要工序。随着制造业向柔性化、数字化和智能化方向发展，焊接机器人因具有运动重复精度高、作业稳定性好、生产效率高以及能够降低人工劳动强度等优点，已逐渐应用于各类结构件的自动化焊接作业。对于多品种、小批量和非标准结构件，不同工件的几何尺寸、焊缝位置、装夹姿态及周围作业环境通常存在较大差异。

2、传统的机器人示教编程方式需要操作人员根据具体结构件逐点调整焊枪运动轨迹，当结构件型号、安装位置或焊缝位置发生变化时，通常需要重新进行示教和程序调试，编程周期较长，难以满足柔性化焊接生产需求。由于结构件通常具有形状复杂、局部空间狭窄、障碍物分布不规则等特点，相邻焊缝之间可供机器人运动的无碰撞通道较为有限。特别是在结构件内部、边角区域或者障碍物密集区域，机器人关节空间中的可行构型分布高度非线性且不连续，随机生成的机器人构型和连接路径容易与结构件或周围环境发生碰撞。

3、因此，有必要提供一种高效的结构件焊接机器人无碰撞路径规划方法，以能够快速规划机器人各关节的运动路径，在避免碰撞的同时提高路径规划的成功率和运动效率。

技术实现思路

1、本发明提供了一种焊接机器人无碰撞路径规划方法。技术方案如下：

2、一方面，提供了一种焊接机器人无碰撞路径规划方法，所述方法包括：

3、基于机器人运动学模型，获取当前焊缝结束位姿在关节空间中的第一构型，以及下一焊缝起始位姿在关节空间中的第二构型，以将所述第一构型作为起始节点，将所述第二构型作为目标节点，构建搜索树；

4、在搜索树的扩展过程中，以当前扩展节点为起点，计算局部障碍物对当前扩展节点的改进型斥力；所述改进型斥力包括沿障碍物指向当前扩展节点方向的主斥力分量，和，沿当前扩展节点指向目标节点方向的推进分量；

5、将所述改进型斥力与目标节点吸引力、随机采样节点吸引力进行叠加，得到人工势场合力方向；

6、根据局部障碍物分布，计算当前扩展节点沿参考吸引方向的第一局部障碍风险值；所述参考吸引方向由所述目标节点吸引力与所述随机采样节点吸引力合成确定；

7、根据所述第一局部障碍风险值，确定所述参考吸引方向与所述人工势场合力方向的融合权重，并基于所述融合权重，计算融合扩展方向；

8、计算所述融合扩展方向与所述参考吸引方向的方向一致性指标，并基于所述方向一致性指标和允许偏转角确定最终扩展方向；

9、沿所述最终扩展方向以扩展步长，生成候选新节点；判断所述候选新节点是否与障碍物碰撞，若不碰撞，则将该候选新节点加入搜索树。

10、另一方面，提供了一种焊接机器人无碰撞路径规划装置，所述装置包括：

11、获取单元，用于基于机器人运动学模型，获取当前焊缝结束位姿在关节空间中的第一构型，以及下一焊缝起始位姿在关节空间中的第二构型，以将所述第一构型作为起始节点，将所述第二构型作为目标节点，构建搜索树；

12、第一计算单元，用于在搜索树的扩展过程中，以当前扩展节点为起点，计算局部障碍物对当前扩展节点的改进型斥力；所述改进型斥力包括沿障碍物指向当前扩展节点方向的主斥力分量，和，沿当前扩展节点指向目标节点方向的推进分量；

13、叠加单元，用于将所述改进型斥力与目标节点吸引力、随机采样节点吸引力进行叠加，得到人工势场合力方向；

14、第二计算单元，用于根据第一局部障碍物分布，计算当前扩展节点沿参考吸引方向的局部障碍风险值；所述参考吸引方向由所述目标节点吸引力与所述随机采样节点吸引力合成确定；

15、第一确定单元，用于根据所述第一局部障碍风险值，确定所述参考吸引方向与所述人工势场合力方向的融合权重，并基于所述融合权重，计算融合扩展方向；

16、第二确定单元，用于计算所述融合扩展方向与所述参考吸引方向的方向一致性指标，并基于所述方向一致性指标和允许偏转角确定最终扩展方向；

17、生成单元，用于沿所述最终扩展方向以扩展步长，生成候选新节点；判断所述候选新节点是否与障碍物碰撞，若不碰撞，则将该候选新节点加入搜索树。

18、另一方面，提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存放计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器上所存放的计算机程序，以实现上述所述的焊接机器人无碰撞路径规划方法的步骤。

19、另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述焊接机器人无碰撞路径规划方法的步骤。

20、另一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的焊接机器人无碰撞路径规划方法的步骤。

21、本发明提供的技术方案至少可以带来以下有益效果：

22、通过构建包含沿障碍物指向当前扩展节点方向的主斥力分量与沿当前节点指向目标节点方向的推进分量的改进型斥力，能够有效削弱目标节点附近障碍物对搜索树收敛的干扰，进而将目标吸引力、随机采样吸引力与改进型斥力叠加形成人工势场合力方向，并结合局部障碍物分布计算沿参考吸引方向的第一局部障碍风险值，据此动态调整参考吸引方向与人工势场合力方向的融合权重，生成融合扩展方向，接着通过计算融合扩展方向与参考吸引方向的方向一致性指标，并利用方向一致性指标和允许偏转角确定最终扩展方向以完成搜索树的扩展。本方案能够系统性解决复杂焊接场景下因目标节点附近障碍物干扰导致的收敛困难、扩展方向过度偏转以及步长难以兼顾效率与精度的难题，实现高效、稳定、高精度的无碰撞路径规划。

1.一种焊接机器人无碰撞路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算局部障碍物对当前扩展节点的改进型斥力，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述改进型斥力与目标节点吸引力、随机采样节点吸引力进行叠加，得到人工势场合力方向，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一局部障碍风险值，确定所述参考吸引方向与所述人工势场合力方向的融合权重，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述方向一致性指标和允许偏转角确定最终扩展方向，包括：

6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于，所述扩展步长是基于第二局部障碍物风险值动态计算得到的，所述第二局部障碍物风险值根据障碍物与当前扩展节点之间的距离以及所述局部障碍物相对于所述最终扩展方向的方向关系计算得到。

7.一种焊接机器人无碰撞路径规划装置，其特征在于，所述装置包括：

8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存放计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器上所存放的计算机程序，以实现上述权利要求1-6任一所述方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一所述的方法的步骤。

10.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一所述的方法的步骤。