1.一种针对天车移动机械臂协同控制的路径规划方法,其特征在于,该路径规划方法包括:S1、基于工厂二维平面图获取移动机械臂与天车的位置信息,将位置信息与路径规划算法结合生成可行路径,并计算可行路径的路径长度;
S2、以可行路径的路径长度为长轴建立超椭圆智能约束采样条件,并基于超椭圆智能约束采样条件获取采样点生成椭圆约束;
S3、将椭圆约束与双向生长直连策略结合生成直连路径,并计算直连路径的路径长度,根据直连路径的路径长度与寻优策略获取最优规划路径;
S4、基于最优规划路径生成驱动指令,控制移动机械臂与天车的移动路径,并引入动态环境监控机制实时监测调整移动机械臂与天车的移动状态。
2.根据权利要求1所述的一种针对天车移动机械臂协同控制的路径规划方法,其特征在于,所述基于工厂二维平面图获取移动机械臂与天车的位置信息,将位置信息与路径规划算法结合生成可行路径,并计算可行路径的路径长度包括:S11、提取工厂二维平面图,获取移动机械臂与天车的初始位置、目标位置及工厂内部的障碍物位置信息;
S12、将移动机械臂的初始位置设为起始位置、目标位置设为终点位置,并利用路径规划算法生成初始化搜索树,定义起始位置为搜索树的树根点;
S13、根据起始位置与终点位置生成随机采样点,在搜索树内寻找与随机采样点距离为阈值的节点,并按照节点到随机采样点的方向延伸预设长度生成新节点;
S14、根据障碍物位置信息判断新节点与节点之间的路径是否存在碰撞状况,若发生碰撞则舍弃此路径,若未发生碰撞,则将新节点加入至搜索树内,连接随机采样点与新节点;
S15、判断新节点与终点位置之间的距离关系,基于距离结果生成可行路径,并记录可行路径的路径长度。
3.根据权利要求1所述的一种针对天车移动机械臂协同控制的路径规划方法,其特征在于,所述以可行路径的路径长度为长轴建立超椭圆智能约束采样条件,并基于超椭圆智能约束采样条件获取采样点生成椭圆约束包括:S21、基于超椭圆智能约束采样定义超椭圆,并在单位圆内按照采样规则进行随机采样获得随机点,将随机点转换至超椭圆内;
S22、根据移动机械臂在横轴与纵轴上的起始位置与终点位置确定超椭圆的中心点,并利用可行路径的路径长度与移动器械臂起始位置至终点位置的直线距离定义超椭圆半径信息,基于半径信息与中心确定超椭圆位置;
S23、利用超椭圆位置确定超椭圆约束采样参数,并根据超椭圆约束采样参数确定超椭圆内的采样点。
4.根据权利要求1所述的一种针对天车移动机械臂协同控制的路径规划方法,其特征在于,所述将椭圆约束与双向生长直连策略结合生成直连路径,并计算直连路径的路径长度,根据直连路径的路径长度与寻优策略获取最优规划路径包括:S31、以移动机械臂的起始位置与终点位置为树根点分别构建正向生长树与反向生长树,并基于椭圆约束利用正向生长树与反向生长树生成正向随机采样点与反向随机采样点;
S32、在正向生长树与反向生长树内分别寻找与正向随机采样点、反向随机采样点之间距离为阈值的正向节点与反向节点;
S33、从正向节点向正向随机采样点延伸预设长度、反向节点向反向随机采样点延伸预设长度,并根据延伸结果生成正向新节点与反向新节点;
S34、基于正向新节点与反向新节点生成直连路径,在判断障碍物存在情况后计算直连路径的路径长度,并结合寻优策略获取最优规划路径。
5.根据权利要求4所述的一种针对天车移动机械臂协同控制的路径规划方法,其特征在于,所述基于正向新节点与反向新节点生成直连路径,在判断障碍物存在情况后计算直连路径的路径长度,并结合寻优策略获取最优规划路径包括:S341、连接正向新节点与正向随机采样点得到正向搜索路径,同时连接反向新节点与反向随机采样点得到反向搜索路径,并分别判断正向搜索路径与反向搜索路径上障碍物的存在情况;
S342、若存在障碍物则舍弃对应路径,若未存在障碍物则将正向新节点与反向新节点分别添加至正向生长树与反向生长树中,并连接正向新节点与反向新节点得到直连路径;
S343、分别计算正向搜索路径、反向搜索路径及直连路径的路径长度,同时基于寻优策略确定遍历寻优参数,并根据遍历寻优参数与路径长度获取最优规划路径。
6.根据权利要求5所述的一种针对天车移动机械臂协同控制的路径规划方法,其特征在于,所述正向搜索路径的路径长度计算公式为:所述反向搜索路径的路径长度计算公式为:
所述直连路径的路径长度计算公式为:
Lz=d(Pznew,Pfnew);
式中,L1表示正向搜索路径的路径长度,L2表示反向搜索路径的路径长度,Lz表示直连路径的路径长度,n表示维度数,d表示欧几里得距离,Pzi表示正向节点,Pzi+1表示第i+1个正向节点,Pfi表示反向节点,Pfi+1表示第i+1个反向节点,Pznew表示正向新节点,Pfnew表示反向新节点,i表示节点个数。
7.根据权利要求1所述的一种针对天车移动机械臂协同控制的路径规划方法,其特征在于,所述基于最优规划路径生成驱动指令,控制移动机械臂与天车的移动路径,并引入动态环境监控机制实时监测调整移动机械臂与天车的移动状态包括:S41、基于最优规划路径生成驱动指令,并将驱动指令发送至移动机械臂驱动控制器,移动机械臂与天车按照最优规划路进行移动;
S42、利用工厂内传感器与雷达,监测移动机械臂的移动过程与工厂内环境信息及障碍物信息,并将监测结果传输至中央处理器;
S43、中央处理器接收监测结果识别异常状态,根据异常状态生成决策指令控制移动机械臂,并重新生成规划路径控制移动机械臂的移动状态。
8.根据权利要求7所述的一种针对天车移动机械臂协同控制的路径规划方法,其特征在于,所述基于最优规划路径生成驱动指令,并将驱动指令发送至移动机械臂驱动控制器,移动机械臂与天车按照最优规划路进行移动包括:S411、基于最优规划路径生成路径点,分析移动机械臂在执行路径点时各关节的关节角度,并根据关节角度与移动机械臂的初始关节角度确定目标速度;
S412、将关节角度与目标速度结合作为移动机械臂的驱动指令,利用通讯接口向移动机械臂驱动控制器发送驱动指令;
S413、移动机械臂驱动控制器接收驱动指令控制移动机械臂的移动,在移动的过程中天车跟随移动机械臂移动。
9.根据权利要求8所述的一种针对天车移动机械臂协同控制的路径规划方法,其特征在于,所述基于最优规划路径生成路径点,分析移动机械臂在执行路径点时各关节的关节角度,并根据关节角度与移动机械臂的初始关节角度确定目标速度包括:S4111、基于工厂二维平面图生成栅格地图,根据最优规划路径与沃罗诺伊图生成规则,在栅格地图上生成路径沃罗诺伊点;
S4112、遍历路径沃罗诺伊点选取交点,并连接相邻交底,根据交点见得连线与障碍物关系提取引导点,将引导点作为路径点;
S4113、利用计算机模拟技术建立移动机械臂有限元模型,并在有限元模型内按照逆运动学,模拟移动机械臂遵循路径点移动时的在工作时的目标关节角度;
S4114、获取移动机械臂的初始关节角度,基于初始关节角度与目标关节角度确定移动机械臂的关节角速度。
10.根据权利要求9所述的一种针对天车移动机械臂协同控制的路径规划方法,其特征在于,所述移动机械臂的关节角速度的计算公式为:target cur
T=kp(T ‑T );
target cur
式中,T表示移动机械臂的关节角速度,kp表示比例增益,T 表示目标关节角度,T表示初始关节角度。