基于数字孪生的工件装夹机械臂路径规划仿真分析

摘要

针对数控加工过程取件、搬运、装夹多环节异形障碍物路径规划难题，提出了数字孪生驱动的上下料机械臂高效高质量路径规划方法.在分析数控加工过程上下料多环节避障环境的基础上，研究了动态椭圆约束采样RRT*-Connect的机械臂路径规划方法，通过采用动态约束采样、自适应动态步长，提升扩展随机树搜索效率，并通过删除冗余节点和初始路径平滑优化提升路径质量；在此基础上，构建了机械臂路径规划的实时数字孪生仿真环境，通过对机械臂运行状态数据的实时采集与双向传输，实现机械臂上下料作业过程在孪生环境下的精准映射，极大提升了复杂工况下机械臂路径规划效率.最后以某数控加工作业产线中的上下料过程为例对本文方法的有效性进行验证，本文算法相较RRT*-Connect、改进RRT*-FN算法，作业时间分别降低30.68%、23.56%，末端路径代价分别降低24.76%、14.99%.

关键词

机械臂 / 数字孪生 / 路径规划 / 仿真分析 / 路径点更新

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52065033）; 云南省重大科技项目（202302AD08000103）