基于分层搜索树实现工件自动布置的变位机路径规划方法与流程

技术特征：
1.基于分层搜索树实现工件自动布置的变位机路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、初始化分层搜索树，确定分层搜索树的根和结束条件；s2、计算规划空间并采样，计算工件焊缝位置约束函数，根据焊缝位置约束和避障约束从搜索树第二层开始计算变位机的规划空间，并从规划空间中采样合法位形；s3、选择扩展起始点并计算扩展终止点，根据工件焊缝位置代价函数，从搜索树中选择到采样点代价最小的多个节点作为候选扩展点；s4、生成局部路径，使用关节插补方式生成局部路径，对局部路径每一个离散点进行约束判定，若满足约束则将扩展终止点加入到搜索树；s5、判断结束条件，判断分层搜索树当前层采样是否结束以及算法是否结束。2.根据权利要求1所述的基于分层搜索树实现工件自动布置的变位机路径规划方法，其特征在于，步骤s1中，确定分层搜索树的根具体为：搜索树的根为用户定义或从第一个路径点对应的规划空间进行采样，规划空间需要使得变位机满足避障以及使工件处于船型焊，即为最适合焊接的位置；确定分层搜索树的结束条件具体为：分层搜索树的结束条件为分层搜索树扩展到最后一个路径点。3.根据权利要求1所述的基于分层搜索树实现工件自动布置的变位机路径规划方法，其特征在于，步骤s2中，计算规划空间并采样具体为：s21、离散变位机的规划空间，对变位机的所有位形进行穷举，其所有位形的集合为：其中，q
min
[k]和q
max
[k]为第k个关节运动范围的下界和上界，为第k个关节的离散数量，m
k
为第k个关节采样的分辨率，f
i
为插值函数；s22、确定焊缝位置约束，焊缝位置约束保证焊缝成型过程质量，使焊缝处于水平状态且使相邻母材的法向量之和垂直指向上，以防止母材下倾导致融化金属往下流，具体约束如下：其中，ε1为接近于零的极小值,ε2取10
°
，θ1为焊缝的旋转角，θ2为焊缝俯仰角，θ3为焊缝相邻母材夹角的1/2，θ1的约束用于保证母材平面法向量始终朝上，防止母材下倾，θ2的约束用于减少熔化金属往倾斜角方向流动；s23、采样合法位形，根据s21中得到的离散规划空间，从中均匀采样并作碰撞约束与焊缝位置约束的判定，若满足约束，则得到随机位形q
rand
，否则重新采样。4.根据权利要求1所述的基于分层搜索树实现工件自动布置的变位机路径规划方法，其特征在于，步骤s3中，选择扩展起始点并计算扩展终止点具体包为：s31、确定扩展起始点，扩展起始点q
near
根据代价函数从搜索树的上一层进行选取，代价
函数为：g(q
rand
)＝g(q
near
) min{f
l
(lp)}其中，g(q)为从根节点q
root
到当前节点q的累积最小代价，f
l
(lp)为局部路径lp的代价函数，代价函数包括焊缝位置代价函数和路径长度代价函数，使用加权求和函数来表示：f
l
(lp)＝w1f
pobj
(lp) w2f
dobj
(lp)其中，w1和w2为两个函数对应的权值，焊缝位置代价函数用表示，即控制焊缝位置的俯仰角与旋转角越小越好，路径长度代价函数用表示，即用前后两路径点的关节角变化值来表示；s32、确定扩展终止点，扩展终止点到扩展起始点的距离小于分层搜索树的最大扩展步长，可选择随机位形q
rand
作为扩展终止点q
new
。5.根据权利要求1所述的基于分层搜索树实现工件自动布置的变位机路径规划方法，其特征在于，步骤s4中，采用关节插补的方式生成局部路径，并对局部路径的每一个插补点进行避障约束和焊缝位置约束的判定，若局部路径中的每一个离散点均满足避障约束和焊缝位置约束，则将扩展终止点加入到搜索树中并指向扩展起始点，否则返回到步骤s2。6.根据权利要求1所述的基于分层搜索树实现工件自动布置的变位机路径规划方法，其特征在于，步骤s5中，判断结束条件具体为：当搜索树扩展到最后一个路径点对应的层数时，搜索结束；从最后一层中选择累积代价最小的节点往前搜索到根，即为最终得到的最优路径。

技术总结
本发明公开了一种基于分层搜索树实现工件自动布置的变位机路径规划方法，包括以下步骤：S1、初始化分层搜索树；S2、计算规划空间并采样，计算工件焊缝位置约束函数；S3、选择扩展起始点并计算扩展终止点，根据工件焊缝位置代价函数，从搜索树中选择到采样点代价最小的n个节点作为候选扩展点；S4、生成局部路径，根据插值函数计算局部路径，对局部路径每一个离散点进行约束判定；S5、判断分层搜索树当前层采样是否结束以及算法是否结束。本发明通过分层搜索树的逐层建立过程，能够给出一定分辨率下的变位机的所有满足约束的路径组合，从组合中根据代价函数来选取最优路径，该方法能够满足概率完备性，当问题无解时，方法能够较快终止。方法能够较快终止。方法能够较快终止。


技术研发人员：王念峰 何耀强 张宪民 郑永忠
受保护的技术使用者：三技精密技术（广东）股份有限公司
技术研发日：2021.07.27
技术公布日：2021/11/8