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申请/专利权人：中国船舶集团有限公司第七一六研究所;江苏杰瑞科技集团有限责任公司

摘要：本发明公开了一种基于GD‑RRT的焊接机器人路径规划方法，包括：采用D‑H表示法对焊接机器人进行建模；采用栅格法建模的方式，建立焊接环境模型，确定焊接环境中的障碍物对象及构型空间；判断焊接机器人的末端姿态是否满足约束条件，若不满足约束条件则调整末端姿态；基于焊接环境中的障碍物对象及构型空间，通过GD‑RRT寻找无碰撞转移轨迹。本发明的路径规划方法，增加引力分量引导随机树生长方向，无需对全局环境进行准确的建模，大大减少规划时间，同时通过梯度下降法将碰撞点从障碍构型空间移动到自由构型空间，减少了大量冗余节点的生成，节省了碰撞检测的时间，提升了算法的运行效率。

主权项：1.一种基于GD-RRT的焊接机器人路径规划方法，其特征在于，包括：采用D-H表示法对焊接机器人进行建模；采用栅格法建模的方式，建立焊接环境模型，确定焊接环境中的障碍物对象及构型空间；判断焊接机器人的末端姿态是否满足约束条件，若不满足约束条件则调整末端姿态；基于焊接环境中的障碍物对象及构型空间，通过GD-RRT寻找无碰撞转移轨迹；所述判断焊接机器人的末端姿态是否满足约束条件具体包括：另位姿矩阵T由焊接机器人末端执行器先绕X轴旋转γ角，接着绕Y轴旋转β角，再绕Z轴旋转α角，最后将末端执行器沿坐标系的x、y、z轴分别偏移x、y、z得到；并将位姿矩阵T各个元素按行列记为rij，则： 根据上式确定旋转角α、β、γ的值为：α＝arctan2r21,r11 γ＝arctan2r32,r33得到状态qs在工作空间下的状态X为：X＝Tqs＝xyzαβγ对于末端姿态的6个分量分别定义约束检测函数cx、cy、cz、cα、cβ、cγ，若分量i满足约束则检测函数cii返回0，否则返回误差值；所述误差值e为：e＝cxX+cyX+czX+cαX+cβX+cγX若e小于等于设定的检查精度ε则状态qs满足约束条件，否则不满足约束条件；所述通过GD-RRT寻找无碰撞转移轨迹具体包括：将人工势场法引入到RRT算法中，引导随机树朝着目标方向生长；在路径中的每一个节点n都引入一个目标引力函数Gn，其中xrand表示随机节点，xgoal表示路径终点，ρ表示搜索步长，此处的节点n表示由起点xinit向外扩展的第n个xnew节点，表示为：Fn＝Rn+Gn其中，Fn表示为从节点n到新节点的生长指导函数，Rn表示节点n的随机生长函数，Gn为目标引力函数；由引力势能 得到目标点与最近节点间的引力为：G＝kp·||xgoal-xnear||其中，ρ为随机树的生长步长，kp为引力系数，xgoal为机器人目标位置向量，||xgoal-xnear||表示节点向量xnear与目标点向量xgoal几何距离的绝对值；构造出节点n处的目标引力函数Gn为： 在通过RRT算法增加新的叶节点时，目标引力函数通过计算每个节点到目标的引力来影响新节点的选取引导随机树向目标方向生长；RRT算法中新节点xnew的构造公式为： 基于目标引力函数，新节点的生成公式为： 然后通过修改生成样本点的构型空间，改变生成样本点从起始空间到目标空间的生成路径；任何在障碍构型空间内的点都应该通过梯度下降法移动到自由构型空间中，样本点的梯度下降满足下列方程： 同时使高斯函数Gx,y,z达到最小值。

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