一种工业机器人避障路径规划方法与流程

1.本发明实施例涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种工业机器人避障路径规划方法。


背景技术：

2.机器人路径规划问题是指在满足约束的配置空间中找到工业机器人从给定的初始状态(或称起始点)到目标状态(或称终止点)的无碰撞路径。通常情况下，路径长度越短，规划耗时越短，说明路径规划方法效果越好，更加适合于工程应用。
3.目前，用于焊接的工业机器人路径规划任务主要通过人工示教完成，在工件灵活摆放的场景中，编程效率低下，且质量无法得到保证，特别是对于加装了外部装置的焊接机器人，自由度的提高使得示教编程的难度也进一步提高。


技术实现要素：

4.基于高维自由度工业机器人路径规划示教编程效率低的问题，本发明实施例提供了一种工业机器人避障路径规划方法、电子设备及存储介质，能够自动化地实现高维自由度的具有龙门架外部装置的双焊机器人路径规划，具有较好的规划效率和稳定性。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种工业机器人避障路径规划方法，包括：
6.适用于具有龙门架外部装置的双焊机器人；所述双焊机器人包括两个分别设有焊枪的机械臂，所述龙门架外部装置包括分别沿水平面内x方向和y方向移动的第一外部平移轴和第二外部平移轴以及绕竖直方向z轴转动的外部旋转轴；所述双焊机器人设于所述龙门架外部装置，能够在所述龙门架外部装置的带动下改变整体位姿，并能够独立改变两个机械臂的各关节姿态；
7.该方法包括：
8.确定焊接任务的配置空间；
9.确定路径规划任务的起始点和终止点；所述起始点和所述终止点均包括多个参数，用于表示两个机械臂的各关节姿态及所述龙门架外部装置当前状态；
10.根据所述起始点和所述终止点的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数，结合预设的拓展量，确定路径规划过程中采样点的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数的采样范围；
11.分别以所述起始点和所述终止点为根节点构建节点树，并通过进行点搜索，扩展两节点树，直到两节点树交汇；
12.其中，对于任一节点树，进行点搜索包括：
13.确定根节点与目标点；
14.根据焊接任务的配置空间及确定的采样范围，生成并确定用于指示扩展方向的采样点；
15.基于确定的采样点及预设的扩展步长，为当前节点树扩展一个新节点x
new
，并对该
新节点x
new
进行碰撞检测，若通过，则继续执行后续步骤，若不通过，则删除该新节点x
new
后，返回确定采样点的步骤；
16.基于新节点x
new
和预设的第一半径r1，确定新节点x
new
的邻近点集合；所述邻近点集合中的节点取自当前节点树，与新节点x
new
的距离不超过所述第一半径r1；
17.基于新节点x
new
和预设的第二半径r2，判断所述邻近点集合中，是否存在与新节点x
new
的距离不超过所述第二半径r2的节点，若不存在，则继续执行后续步骤，若存在，则除该新节点x
new
后，返回确定采样点的步骤；所述第二半径r2小于所述第一半径r1；
18.将新节点x
new
加入当前节点树，并对新节点执行重选父节点和重布线操作；；
19.再次进行碰撞检测，若通过，则更新当前节点树，若不通过，则从当前节点树中删除新节点x
new
后，返回确定采样点的步骤。
20.可选地，所述生成并确定用于指示扩展方向的采样点，包括：
21.根据预设的目标偏向概率，随机生成n个采样点；n为不小于3的正整数；
22.针对第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数这两个维度，分别计算每个采样点相对于所述根节点与所述目标点连线的偏移程度，选出偏移程度最小的采样点。
23.可选地，计算采样点相对于所述根节点与所述目标点连线的偏移程度，采用如下方式：
24.针对第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数这两个维度，计算采样点x
rand
相应的cos值，表达式为：
[0025][0026]
其中，e
1,s
与e
2,s
、e
1,e
与e
2,e
以及e
1,r
与e
2,r
分别表示根节点、目标点以及采样点x
rand
的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数，||||表示范数计算；
[0027]
所述选出偏移程度最小的采样点，包括：
[0028]
选出相应cos值最大的采样点。
[0029]
可选地，所述确定焊接任务的配置空间包括：
[0030]
基于所述龙门架外部装置及所述双焊机器人的工作参数，确定焊接可达的工作空间；
[0031]
建立障碍物模型，确定障碍物空间；障碍物模型包括双焊机器人模型和焊接工件模型。
[0032]
可选地，所述预设的拓展量根据焊接工件的高度确定。
[0033]
可选地，所述机械臂为六轴机械臂。
[0034]
可选地，两个节点xa和xb之间的距离通过如下公式计算：
[0035][0036]
其中，θ
i,a
和θ
i,b
分别表示节点xa和节点xb的第i个机器人关节参数，i＝1,...,6表示所述双焊机器人中一个机械臂的各关节序号，i＝7,...,12表示另一个机械臂的各关节序号，e
1,a
和e
1,b
、e
2,a
和e
2,b
以及e
3,a
和e
3,b
分别表示节点xa和节点xb的第一外部平移轴参数、第二外部平移轴参数以及外部旋转轴参数，||表示绝对值计算。
[0037]
可选地，所述第二半径r2为所述第一半径r1的1/5～1/4。
[0038]
第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的方法。
[0039]
第三方面，本发明实施例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，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的方法。
[0040]
本发明实施例提供了一种工业机器人避障路径规划方法、电子设备及存储介质，本发明根据龙门架外部装置的特点及路径规划的起始点和终止点，对采样点中的外部轴参数采样范围进行了限制，以提高路径规划质量，缩短处理时间，同时本发明在搜索路径的过程中引入最近节点限制，能有效处理障碍物稀疏环境下的路径规划问题，节省计算时间。本发明能够自动化实现高维自由度的具有龙门架外部装置的双焊机器人路径规划，具有较好的规划效率和稳定性。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]
图1是本发明一实施例提供的一种工业机器人避障路径规划方法流程图；
[0043]
图2是本发明一实施例中限制最近节点的判断方式示意图；
[0044]
图3(a)是不限制最近节点的节点树示意图；
[0045]
图3(b)是限制最近节点的节点树示意图；
[0046]
图4(a)示出了一种用于焊接测试的场景1俯视图；
[0047]
图4(b)示出了一种用于焊接测试的场景2俯视图；
[0048]
图5(a)示出了多种路径规划方法在场景1中独立运行20次得到的路径长度结果；
[0049]
图5(b)示出了多种路径规划方法在场景2中独立运行20次得到的路径长度结果；
[0050]
图6(a)示出了多种路径规划方法在场景1中独立运行20次所耗时间结果；
[0051]
图6(b)示出了多种路径规划方法在场景2中独立运行20次所耗时间结果。
具体实施方式
[0052]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0053]
如前所述，用于焊接的工业机器人路径规划任务主要通过人工示教完成，在工件灵活摆放的场景中，编程效率低下，且质量无法得到保证，特别是对于加装了外部装置的焊接机器人，自由度的提高使得示教编程的难度也进一步提高。对具有龙门架外部装置的双焊机器人，若持有焊枪的机械臂具有六维自由度，则具有龙门架外部装置的双焊机器人整
体可达到十五维自由度，此时再使用示教编程或常规的路径规划方法，则难以快速搜索出优质路径。有鉴于此，本发明提供了一种改进的双向rrt*方法，用于实现工业机器人避障路径规划，本发明从起始点和终止点两个方向同时进行扩展，并根据龙门架系统结构进行采样范围限制，提升路径质量，减少不必要的路径搜索，还通过限制最近节点策略优化搜索时间，提高搜索效率，最终实现高维自由度的焊接机器人路径规划。
[0054]
下面描述以上构思的具体实现方式。
[0055]
请参考图1，本发明实施例提供了一种工业机器人避障路径规划方法，该方法适用于具有龙门架外部装置的双焊机器人；
[0056]
所述双焊机器人包括两个分别设有焊枪的机械臂，所述龙门架外部装置包括分别沿水平面内x方向和y方向移动的第一外部平移轴和第二外部平移轴以及绕竖直方向z轴转动的外部旋转轴；三个外部轴(即第一外部平移轴、第二外部平移轴和外部旋转轴)的嵌套关系可以是第一外部平移轴可移动的设于龙门架，能够相对于龙门架沿x方向移动，第二外部平移轴可移动地设于第一外部平移轴，能够相对于第一外部平移轴沿y方向移动，外部旋转轴可转动地设于第二外部平移轴，能够相对于第二外部平移轴转动；其他实施例中，也可采用其他嵌套方式，确保龙门架外部装置能够为双焊机器人提供额外的三个自由度即可；
[0057]
所述双焊机器人设于所述龙门架外部装置，能够在所述龙门架外部装置的带动下改变整体位姿，并能够独立改变两个机械臂的各关节姿态；其中单个机械臂优选为六轴机械臂，此时双焊机器人的两个机械臂共有十二维自由度，加上龙门架外部装置，可达十五维自由度。
[0058]
该工业机器人避障路径规划方法包括：
[0059]
步骤100，确定焊接任务的配置空间；
[0060]
步骤102，确定路径规划任务的起始点和终止点；所述起始点和所述终止点均包括多个参数，用于表示两个机械臂的各关节姿态及所述龙门架外部装置当前状态(即三个外部轴参数)；
[0061]
步骤104，根据所述起始点和所述终止点的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数，结合预设的拓展量，确定路径规划过程中采样点的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数的采样范围；
[0062]
设起始点的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数分别为e
1,i
和e
2,i
，终止点的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数分别为e
1,t
和e
2,t
，预设的拓展量包括x方向拓展量ex与y方向拓展量ey，则路径规划过程中采样点的第一外部平移轴的采样范围为min(e
1,i
，e
1,t
)-ex至max(e
1,i
，e
1,t
)+ex，采样点的第二外部平移轴的采样范围为min(e
2,i
，e
2,t
)-ey至max(e
2,i
，e
2,t
)+ey；
[0063]
步骤106，分别以所述起始点和所述终止点为根节点构建节点树，并通过进行点搜索，扩展两节点树，直到两节点树交汇；
[0064]
其中，对于任一节点树，进行点搜索包括：
[0065]
步骤106-0，确定根节点与目标点；
[0066]
对于以所述起始点为根节点构建的节点树，目标点为所述终止点，对于以所述终止点为根节点构建的节点树，目标点为所述起始点；从所述起始点和所述终止点两个方向同时进行扩展，有助于缩短搜索路径的时长；
[0067]
步骤106-2，根据焊接任务的配置空间及确定的采样范围，生成并确定用于指示扩展方向的采样点；
[0068]
步骤106-4，基于确定的采样点及预设的扩展步长，为当前节点树扩展一个新节点x
new
，并对该新节点x
new
进行碰撞检测，若通过，则继续执行后续步骤，若不通过，则删除该新节点x
new
后，返回确定采样点的步骤，即返回步骤106-2，以获得新的采样点；
[0069]
步骤106-6，基于新节点x
new
和预设的第一半径r1，确定新节点x
new
的邻近点集合；所述邻近点集合中的节点取自当前节点树，所述邻近点集合中的节点与新节点x
new
的距离不超过所述第一半径r1；
[0070]
步骤106-8，基于新节点x
new
和预设的第二半径r2，判断所述邻近点集合中，是否存在与新节点x
new
的距离不超过所述第二半径r2的节点，若不存在，则继续执行后续步骤，若存在，则除该新节点x
new
后，返回确定采样点的步骤，即返回步骤106-2，以获得新的采样点；所述第二半径r2小于所述第一半径r1；
[0071]
步骤106-10，将新节点x
new
加入当前节点树，并对新节点执行重选父节点和重布线操作；；
[0072]
此部分具体过程可参考rrt*方法，在此不再进一步赘述；
[0073]
步骤106-12，再次进行碰撞检测，若通过，则更新当前节点树，若不通过，则从当前节点树中删除新节点x
new
后，返回确定采样点的步骤，即返回步骤106-2，以获得新的采样点。
[0074]
本发明实施例考虑到龙门架外部装置(或称龙门架系统结构)具有三个外部轴，其中两个平移轴(即第一外部平移轴与第二外部平移轴)的运动范围较大，如果在全部行程内进行采样，将导致路径质量较差，因此对采样点中的外部轴参数采样范围进行了限制，以提高路径规划质量，缩短处理时间。
[0075]
同时，考虑到具有龙门架外部装置的双焊机器人自由度高，每个路径点参数较多，且焊接任务的配置空间通常较大，障碍物环境疏密不定，为减少稀疏障碍物环境下采样及碰撞检测的负担，提高处理效率，如图2所示，本发明引入最近节点限制，当新节点x
new
与当前节点树中的节点距离过小时(即存在节点，新节点x
new
与其距离d小于第二半径r2)，则将该新节点x
new
删除，重新搜索新的节点，使得节点树中的节点分布更加均匀，更有利于稀疏障碍物环境下对未知空间的探索，从而避免相近区域的碰撞检测，节省计算时间。图3(a)和图3(b)示出了采用rrt*方法从根节点x
start
到目标点x
end
不限制最近节点和限制最近节点所得到的节点树示意图，图3(a)和图3(b)中黑色方框表示障碍物，可以看出，通过限制最近节点，能够得到更为稀疏的节点树。第二半径r2设置过小，可能对于使得节点均匀分布作用较小，对改善路径效果有限，第二半径r2设置过大，则可能导致难以搜索到合适的新节点，更优选为所述第二半径r2为所述第一半径r1的1/5～1/4。
[0076]
可选地，针对步骤100，进一步包括：
[0077]
基于所述龙门架外部装置及所述双焊机器人的工作参数，确定焊接可达的工作空间；
[0078]
建立障碍物模型，确定障碍物空间；障碍物模型包括双焊机器人模型和焊接工件模型。若存在其他障碍物，则也需在此步骤确定其模型。
[0079]
确定焊接可达的工作空间后，除去障碍物空间，剩余空间即可认为是自由空间。
[0080]
可选地，针对步骤104，预设的拓展量根据焊接工件的高度确定。
[0081]
步骤104在所述起始点和所述终止点的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数基础上向外拓展了一定量的范围，这是考虑到焊接工件在高度方向上的阻拦，可能导致路径规划成功率下降，为有效地绕过焊接工件，使得可行的焊接路径，本发明根据焊接工件的高度确定预设的拓展量。优选地，拓展量不少于焊接工件高度的1倍。
[0082]
可选地，步骤106-2中，确定采样点进一步包括：
[0083]
步骤106-2-0，根据预设的目标偏向概率，随机生成n个采样点；
[0084]
其中，n为不小于3的正整数；n优选为3～5；
[0085]
采样点包括多个参数，用于表示两个机械臂的各关节姿态及所述龙门架外部装置当前状态，其中第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数均不超出确定的采样范围；
[0086]
具体的，设目标偏向概率为p，生成随机数p∈(0,1]，若p≤p，则令目标点为生成的采样点，若p＞p，则令随机生成的随机点为采样点；p优选为0.1；
[0087]
步骤106-2-2，针对第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数这两个维度，分别计算每个采样点相对于所述根节点与所述目标点连线的偏移程度，选出偏移程度最小的采样点。
[0088]
考虑到龙门架外部装置的结构特点，两个平移轴的运动范围较大，且影响较大，为缩小整体的焊接路径长度，本发明针对两个平移轴对应的参数，采用一次搜索中多次采样的方式，选取平移轴移动较短的采样点来指示扩展方向，从而令搜索路径尽量靠近所述起始点和所述终止点连线在x方向与y方向构成的水平面上投影，这样一来，规划得到的路径有靠近所述起始点和所述终止点连线的趋势，有效避免了机器人在自由空间内绕路，偏移过大等问题。
[0089]
进一步地，步骤106-2-2中，计算采样点相对于所述根节点与所述目标点连线的偏移程度，采用如下方式：
[0090]
针对第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数这两个维度，计算采样点x
rand
相应的cos值；采样点x
rand
相应的cos值表达式为：
[0091][0092]
其中，e
1,s
与e
2,s
、e
1,e
与e
2,e
以及e
1,r
与e
2,r
分别表示根节点、目标点以及采样点x
rand
的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数，e
1,s
与e
2,s
分别表示节点树的根节点的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数，e
1,r
与e
2,r
分别表示采样点x
rand
的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数，e
1,e
与e
2,e
分别表示节点树的目标点的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数，(e
1,e-e
1,s
,e
2,e-e
2,s
)表示针对第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数这两个维度，根节点与目标点连线所形成的二维向量，|| ||表示范数计算；
[0093]
所述选出偏移程度最小的采样点，包括：
[0094]
选出相应cos值最大的采样点。
[0095]
cos值越大，意味着采样点越接近根节点和目标点之间的连线(也即所述起始点和所述终止点之间的连线)，上述实施例通过仅在第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数这两个维度上计算采样点相应的cos值，能够快速筛选出多个采样点中更接近根节点和
目标点连线的采样点。对于龙门架外部装置，这样的方式可使得分别沿水平面内x方向和y方向移动的第一外部平移轴和第二外部平移轴尽量减少移动。
[0096]
可选地，步骤106中，两个节点xa和xb之间的距离可通过如下公式计算：
[0097][0098]
其中，θ
i,a
和θ
i,b
分别表示节点xa和节点xb的第i个机器人关节参数，i＝1,...,6表示所述双焊机器人中一个机械臂的各关节序号，i＝7,...,12表示另一个机械臂的各关节序号，e
1,a
和e
1,b
、e
2,a
和e
2,b
以及e
3,a
和e
3,b
分别表示节点xa和节点xb的第一外部平移轴参数、第二外部平移轴参数以及外部旋转轴参数，||表示绝对值计算。
[0099]
上述实施例针对机械臂为六轴机械臂的情况提供了如何计算两个节点xa和xb之间的距离，其他实施例中，如机械臂为四轴机械臂，则相应的计算公式应进行调整，i的取值范围及具体对应含义发生变化，对于四轴机械臂，1≤i≤8，i＝1,...,4表示所述双焊机器人中一个机械臂的各关节序号，i＝5,...,8表示另一个机械臂的各关节序号。
[0100]
步骤106在扩展新节点后及将新节点加入节点树后均进行碰撞检测，以确保搜索到的路径可以实现无碰撞焊接。优选地，对双焊机器人和焊接工件进行层次包围盒法处理，可实现较为高效的碰撞检测，例如对机械臂关节分别进行1、2、3级包围盒进行分割，对两个二叉树构建的层次包围盒以同步下降的方式执行检测过程。在其他实施例中，也可采用其他方式实现碰撞检测，在此不再进一步限定。
[0101]
本发明还选取rrt、rrt*、rrt-connect和ib-rrt*四种现有的机器人避障路径规划方法作为对比，利用如图4(a)所示的场景1和如图4(b)所示的场景2进行测试，来验证本发明提供的工业机器人避障路径规划方法(简称本发明方法)的综合性能，图5(a)示出了rrt、rrt*、rrt-connect、ib-rrt*及本发明方法在场景1中独立运行20次得到的路径长度最大值(max)、最小值(min)和平均值(avg)，图5(b)示出了rrt、rrt*、rrt-connect、ib-rrt*及本发明方法在场景2中独立运行20次得到的路径长度最大值、最小值和平均值，图6(a)示出了rrt、rrt*、rrt-connect、ib-rrt*及本发明方法在场景1中独立运行20次所耗时间最大值(max)、最小值(min)和平均值(avg)，图6(b)示出了rrt、rrt*、rrt-connect、ib-rrt*及本发明方法在场景2中独立运行20次所耗时间最大值、最小值和平均值，为便于显示，在图5(a)至图6(b)中均以“improved rrt*”代指本发明方法。由图5(a)至图6(b)可知，本发明提供的方法获得的路径中，路径长度的平均值、最大值和最小值都是最优的，同时耗时也是最短的，验证了本发明通过的路径规划方法具有较高的搜索效率和稳定的搜索质量，有利于实际工程应用。
[0102]
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种工业机器人避障路径规划方法。
[0103]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种工业机器人避障路径规划方法。
[0104]
具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或cpu或
mpu)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
[0105]
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
[0106]
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如cd-rom、cd-r、cd-rw、dvd-rom、dvd-ram、dvd-rw、dvd+rw)、磁带、非易失性存储卡和rom。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
[0107]
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
[0108]
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的cpu等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
[0109]
本发明各实施例至少具有如下有益效果：
[0110]
1、在本发明一个实施例中，提供了一种工业机器人避障路径规划方法，该方法通过对龙门架系统分析，对节点采样范围进行限制，提升规划质量，并且，对采样过程中最近节点进行限制，达到稀疏采样的目的，进一步减少规划时间；该方法对龙门架系统具有较好的针对性，且能有效处理障碍物稀疏环境下的路径规划问题，有效缩短搜索耗时，解决具有高维自由度的龙门架机器人系统路径规划问题，从而降低人力成本，提升生产过程的自动化和智能化程度，更加适用于工程应用；
[0111]
2、在本发明一个实施例中，提供了一种工业机器人避障路径规划方法，该方法利用采样池机制，在一次搜索中多次采样，选取外部平移轴移动较短的节点，缩小路径长度，提高路径质量，且选取依据可根据场景进行相应的调整，适应性较好；
[0112]
3、在本发明一个实施例中，提供了一种工业机器人避障路径规划方法，该方法对机器人关节和工件进行层次包围盒法，处理实现较为高效的碰撞检测流程。
[0113]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0114]
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
[0115]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。

技术特征：
1.一种工业机器人避障路径规划方法，其特征在于，适用于具有龙门架外部装置的双焊机器人；所述双焊机器人包括两个分别设有焊枪的机械臂，所述龙门架外部装置包括分别沿水平面内x方向和y方向移动的第一外部平移轴和第二外部平移轴以及绕竖直方向z轴转动的外部旋转轴；所述双焊机器人设于所述龙门架外部装置，能够在所述龙门架外部装置的带动下改变整体位姿，并能够独立改变两个机械臂的各关节姿态；该方法包括：确定焊接任务的配置空间；确定路径规划任务的起始点和终止点；所述起始点和所述终止点均包括多个参数，用于表示两个机械臂的各关节姿态及所述龙门架外部装置当前状态；根据所述起始点和所述终止点的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数，结合预设的拓展量，确定路径规划过程中采样点的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数的采样范围；分别以所述起始点和所述终止点为根节点构建节点树，并通过进行点搜索，扩展两节点树，直到两节点树交汇；其中，对于任一节点树，进行点搜索包括：确定根节点与目标点；根据焊接任务的配置空间及确定的采样范围，生成并确定用于指示扩展方向的采样点；基于确定的采样点及预设的扩展步长，为当前节点树扩展一个新节点x
new
，并对该新节点x
new
进行碰撞检测，若通过，则继续执行后续步骤，若不通过，则删除该新节点x
new
后，返回确定采样点的步骤；基于新节点x
new
和预设的第一半径r1，确定新节点x
new
的邻近点集合；所述邻近点集合中的节点取自当前节点树，与新节点x
new
的距离不超过所述第一半径r1；基于新节点x
new
和预设的第二半径r2，判断所述邻近点集合中，是否存在与新节点x
new
的距离不超过所述第二半径r2的节点，若不存在，则继续执行后续步骤，若存在，则除该新节点x
new
后，返回确定采样点的步骤；所述第二半径r2小于所述第一半径r1；将新节点x
new
加入当前节点树，并对新节点执行重选父节点和重布线操作；；再次进行碰撞检测，若通过，则更新当前节点树，若不通过，则从当前节点树中删除新节点x
new
后，返回确定采样点的步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成并确定用于指示扩展方向的采样点，包括：根据预设的目标偏向概率，随机生成n个采样点；n为不小于3的正整数；针对第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数这两个维度，分别计算每个采样点相对于所述根节点与所述目标点连线的偏移程度，选出偏移程度最小的采样点。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算采样点相对于所述根节点与所述目标点连线的偏移程度，采用如下方式：针对第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数这两个维度，计算采样点x
rand
相应的cos值，表达式为：
其中，e
1,s
与e
2,s
、e
1,e
与e
2,e
以及e
1,r
与e
2,r
分别表示根节点、目标点以及采样点x
rand
的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数，|| ||表示范数计算；所述选出偏移程度最小的采样点，包括：选出相应cos值最大的采样点。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定焊接任务的配置空间包括：基于所述龙门架外部装置及所述双焊机器人的工作参数，确定焊接可达的工作空间；建立障碍物模型，确定障碍物空间；障碍物模型包括双焊机器人模型和焊接工件模型。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的拓展量根据焊接工件的高度确定。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械臂为六轴机械臂。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，两个节点x
a
和x
b
之间的距离通过如下公式计算：其中，θ
i,a
和θ
i,b
分别表示节点x
a
和节点x
b
的第i个机器人关节参数，i＝1,...,6表示所述双焊机器人中一个机械臂的各关节序号，i＝7,...,12表示另一个机械臂的各关节序号，e
1,a
和e
1,b
、e
2,a
和e
2,b
以及e
3,a
和e
3,b
分别表示节点x
a
和节点x
b
的第一外部平移轴参数、第二外部平移轴参数以及外部旋转轴参数，| |表示绝对值计算。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二半径r2为所述第一半径r1的1/5～1/4。9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-8中任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种工业机器人避障路径规划方法，包括：确定焊接任务的配置空间；确定路径规划任务的起始点和终止点；根据所述起始点和所述终止点的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数，结合预设的拓展量，确定路径规划过程中采样点的第一外部平移轴参数与第二外部平移轴参数的采样范围；分别以所述起始点和所述终止点为根节点构建节点树，并通过进行点搜索，扩展两节点树，直到两节点树交汇。本发明能够实现高维自由度的具有龙门架外部装置的双焊机器人路径规划，具有较好的规划效率和稳定性。具有较好的规划效率和稳定性。具有较好的规划效率和稳定性。


技术研发人员：王学武 高进 周昕 刘华峰
受保护的技术使用者：铂尔漫（苏州）智能科技有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/8/23