复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法及装置、计算机设备、计算机可读存储介质，该方法包括：初始化并进行建模；在第一节点树和第二节点树上分别扩展节点；其中第一节点树以焊接路径的起始点为根节点，第二节点树以焊接路径的终止点为根节点，扩展节点时根据路径搜索环境的复杂程度选择扩展方式；判断根据第一节点树和第二节点树上的节点是否能够获得一条从起始点到终止点的无碰撞路径；将无碰撞路径作为初始路径，对初始路径进行插值处理；对完成插值后的路径进行后处理优化，获得无碰撞的最短路径；返回最短路径。本发明专利技术提供的路径规划方法通用性强，具有较高的效率和鲁棒性，能够适应不同的复杂路径规划环境。

【技术实现步骤摘要】
复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法及装置
本专利技术涉及焊接
，尤其涉及一种复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法及装置、计算机设备、计算机可读存储介质。
技术介绍
焊接机器人的路径规划问题可以被描述为寻找一条从焊接的起始点到终止点的无碰撞路径。通常情况下，无碰撞的路径长度越短，说明规划效果越好，焊接作业的效率就越高。通过无碰撞路径规划方法来规划出合理的跳转路径，不仅能够有效地提升焊接效率，还能提高生产过程的智能化程度，降低人力成本。目前，焊接机器人的路径规划过程主要通过人工示教完成，非常依赖工程师的自身经验，而当面对复杂焊接环境且焊缝较多的情况时，人工规划比较耗时，并且质量无法得到保证。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种高效的弧焊机器人避障路径规划方法，能够在复杂环境下快速搜索出尽可能短的焊接路径，提高焊接效率，为实际场景下的焊接作业提供有效指导。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法，包括如下步骤：S1、初始化并对环境中的障碍物进行建模；S2、在第一节点树和第二节点树上分别扩展节点；其中，第一节点树以焊接路径的起始点为根节点，第二节点树以焊接路径的终止点为根节点，扩展节点时，根据路径搜索环境的复杂程度选择扩展方式；S3、判断根据所述第一节点树和所述第二节点树上的节点是否能够获得一条从所述起始点到所述终止点的无碰撞路径，是，则继续执行下一步骤，否，则返回上一步骤；S4、将所述无碰撞路径作为初始路径，对所述初始路径进行插值处理；S5、对完成插值后的路径进行后处理优化，获得无碰撞的最短路径；S6、返回所述最短路径。优选地，所述步骤S2中，扩展节点时，根据路径搜索环境的复杂程度选择扩展方式，在满足复杂性判定条件时，采用随机采样来扩展节点，否则采用目标偏向概率采样来扩展节点；若扩展节点后无碰撞，则更新扩展的新节点及周围节点的父节点。优选地，所述复杂性判定条件包括：prand＜pa，其中，prand为随机采样概率，pa为根据Tfailed计算得到的判定概率，Tfailed为碰撞检测失败的次数。优选地，碰撞检测失败包括焊枪碰撞检测失败与机械臂碰撞检测失败。优选地，所述步骤S5中，对完成插值后的路径进行后处理优化时，利用三角不等式原理，在完成插值后得到的各个路径点中，连接尽可能长距离且无碰撞的路径点。优选地，所述步骤S1中，对环境中的障碍物进行建模包括对焊接工件和夹具进行建模。本专利技术还提供了一种复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划装置，包括：初始化模块，用于初始化并对环境中的障碍物进行建模；扩展模块，用于在第一节点树和第二节点树上分别扩展节点；其中，第一节点树以焊接路径的起始点为根节点，第二节点树以焊接路径的终止点为根节点，扩展节点时，根据路径搜索环境的复杂程度选择扩展方式；判断模块，用于判断根据所述第一节点树和所述第二节点树上的节点是否能够获得一条从所述起始点到所述终止点的无碰撞路径，是，则调用插值模块，否，则调用扩展模块；插值模块，用于将所述无碰撞路径作为初始路径，对所述初始路径进行插值处理；优化模块，用于对完成插值后的路径进行后处理优化，获得无碰撞的最短路径；输出模块，用于返回所述最短路径。优选地，所述扩展模块扩展节点时，根据路径搜索环境的复杂程度选择扩展方式，在满足复杂性判定条件时，采用随机采样来扩展节点，否则采用目标偏向概率采样来扩展节点；若扩展节点后无碰撞，则更新扩展的新节点及周围节点的父节点；所述复杂性判定条件包括：prand＜pa，其中，prand为随机采样概率，pa为根据Tfailed计算得到的判定概率，Tfailed为碰撞检测失败的次数。本专利技术还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法的步骤。本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法的步骤。本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供了一种复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法及装置、计算机设备、计算机可读存储介质，该方法是一种自适应扩展双向RRT*方法(简称AB-RRT*方法)，可用于复杂环境下的焊接机器人无碰撞路径规划；本专利技术考虑从焊接路径的起始点和终止点两个方向同时进行扩展，并且能够根据路径搜索环境的复杂程度自主选择节点的扩展方式，在获得一条从起始点到终止点的无碰撞路径之后，通过对初始路径进行后处理优化，获得更短的无碰撞路径，进一步提高焊接效率。本专利技术具有较强的搜索能力和鲁棒性，能够以较高的效率获得较佳的路径，并且能够有效解决复杂环境下的六自由度弧焊机器人路径规划问题，从而降低人力成本，提高生产过程的效率和自动化程度。附图说明图1是本专利技术实施例中一种复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法流程示意图；图2是目标偏向扩展示意图；图3是目标偏向扩展的结果示意图；图4是目标偏向扩展失败示意图；图5是自主扩展示意图；图6是本专利技术实施例中一种后处理优化示意图；图7(a)至图7(c)为不同三维测试环境示意图；图8(a)至图8(c)分别为图7(a)至图7(c)所示三维测试环境的路径规划结果示意图；图9是本专利技术实施例中一种汽车前副车架焊缝及部分端点分布图；图10(a)至图10(d)是不同路径规划方法在不同焊接路径上所规划的路径长度对比结果图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术实施例提供的一种复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法，具体包括如下步骤：S1、初始化并对环境中的障碍物进行建模；S2、在第一节点树和第二节点树上分别扩展节点；其中，第一节点树以焊接路径的起始点作为根节点，第二节点树以焊接路径的终止点作为根节点，即，从焊接路径的起始点和终止点两个方向同时进行扩展；扩展节点时，根据路径搜索环境的复杂程度选择扩展方式；S3、判断根据第一节点树和第二节点树上的所有节点是否能够获得一条从焊接路径的起始点到终止点的无碰撞路径，是，则继续执行下一步骤，否，则返回上一步骤，继续在第一节点树和第二节点树上分别扩展节点，直到第一节点树和第二节点树的节点能够组成一条从焊接路径的起始点到终止点的、可行的无碰撞路径；...

【技术保护点】
1.一种复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、初始化并对环境中的障碍物进行建模；/nS2、在第一节点树和第二节点树上分别扩展节点；其中，第一节点树以焊接路径的起始点为根节点，第二节点树以焊接路径的终止点为根节点，扩展节点时，根据路径搜索环境的复杂程度选择扩展方式；/nS3、判断根据所述第一节点树和所述第二节点树上的节点是否能够获得一条从所述起始点到所述终止点的无碰撞路径，是，则继续执行下一步骤，否，则返回上一步骤；/nS4、将所述无碰撞路径作为初始路径，对所述初始路径进行插值处理；/nS5、对完成插值后的路径进行后处理优化，获得无碰撞的最短路径；/nS6、返回所述最短路径。/n

【技术特征摘要】
1.一种复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、初始化并对环境中的障碍物进行建模；
S2、在第一节点树和第二节点树上分别扩展节点；其中，第一节点树以焊接路径的起始点为根节点，第二节点树以焊接路径的终止点为根节点，扩展节点时，根据路径搜索环境的复杂程度选择扩展方式；
S3、判断根据所述第一节点树和所述第二节点树上的节点是否能够获得一条从所述起始点到所述终止点的无碰撞路径，是，则继续执行下一步骤，否，则返回上一步骤；
S4、将所述无碰撞路径作为初始路径，对所述初始路径进行插值处理；
S5、对完成插值后的路径进行后处理优化，获得无碰撞的最短路径；
S6、返回所述最短路径。


2.根据权利要求1所述的复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法，其特征在于：
所述步骤S2中，扩展节点时，根据路径搜索环境的复杂程度选择扩展方式，在满足复杂性判定条件时，采用随机采样来扩展节点，否则采用目标偏向概率采样来扩展节点；
若扩展节点后无碰撞，则更新扩展的新节点及周围节点的父节点。


3.根据权利要求2所述的复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法，其特征在于，所述复杂性判定条件包括：
prand＜pa，
其中，



prand为随机采样概率，pa为根据Tfailed计算得到的判定概率，Tfailed为碰撞检测失败的次数。


4.根据权利要求3所述的复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法，其特征在于：
碰撞检测失败包括焊枪碰撞检测失败与机械臂碰撞检测失败。


5.根据权利要求1所述的复杂环境下焊接机器人无碰撞路径规划方法，其特征在于：
所述步骤S5中，对完成插值后的路径进行后处理优化时，利用三角不等式原理，在完成插值后得到的各个路径点中，连接尽可能长距离且无碰撞的路径点。


6.根据权利要求1所述的复杂环境下焊接机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学武，魏建斌，周昕，顾幸生，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31