基于碰撞检测的七自由度机械臂避障轨迹规划

吕松涛; 李小兵; 向以恒; 胡贇; 石志新

doi:10.13764/j.cnki.ncdg.2026.01.009

南昌大学学报（工科版） ›› 2026, Vol. 48 ›› Issue (1) : 1 -9+19. DOI: 10.13764/j.cnki.ncdg.2026.01.009

基于碰撞检测的七自由度机械臂避障轨迹规划

吕松涛, 李小兵, 向以恒, 胡贇, 石志新

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摘要

为提高七自由度（7 degrees of freedom, 7-DOF）机械臂在障碍物环境下的避障可靠性，本研究针对其运动特性进行分析，并提出一种新型的避障轨迹规划方法。首先，进行机械臂的正、逆运动学分析，采用蒙特卡罗法求解可达工作空间，并对末端执行器的可操作度进行归一化和可视化，分析灵活工作空间的分布情况；其次，在传统信息增强的快速搜索随机树（informed rapidly-exploring random tree, IRRT*）算法的基础上完善碰撞检测过程，增加机械臂与障碍物的安全距离约束，设置轨迹空间夹角阈值限制，并通过三次样条插值对轨迹进行平滑优化；最后，利用MATLAB对机械臂在障碍物环境中的运动进行仿真，分析末端执行器位置及各关节的运动性能，仿真结果验证了避障轨迹规划方法的有效性与可行性。