7、基于八叉树的多分辨率环境映射实现工业机器人无碰撞路径高效计算

基于八叉树的多分辨率环境映射实现工业机器人无碰撞路径高效计算

1. 引言

在生产技术领域，产品个性化趋势愈发重要。随着制造产品复杂度增加，产品生命周期不断缩短，对于高度定制化零件，一个变体可能在产品整个生命周期内仅制造一次。这对生产技术提出了巨大挑战，特别是在制造的成本效益方面。

工业机器人具备生产小批量产品所需的灵活性，且购置和运营成本不断降低，但目前主要应用于汽车等行业的大批量自动化生产，在小批量生产中很少使用。主要原因是准备机器人任务存在困难，阻碍了其在小批量制造中的经济应用。工业机器人编程困难，即使使用CAD/CAM链，实际中也需要多次迭代编程，编程时间往往长于实际生产时间，尤其是小批量生产。此外，每个变体都需要单独编程。

为了实现工业机器人在小批量制造中的经济应用，需要减少或避免因编程等任务准备导致的停机时间，这可以通过工业机器人的自动路径规划来实现。在规划时，必须确保符合工艺要求，并避免机器人与环境或自身发生碰撞，这就需要一个完整的环境和机器人模型。路径规划和碰撞检测应尽可能高精度、快速地执行，但这两个要求相互矛盾。为解决这一矛盾，使用高效的地图作为环境模型起着关键作用。

2. 技术现状

3D环境映射模型在机器人自动路径规划中起着关键作用，在移动机器人领域得到了深入研究。随着焊接或装配等工业应用中自动路径规划的发展，环境建模在工业机器人领域也变得越来越重要。

早期工作主要集中在通过距离传感器注册高度图，地图由固定的二维网格组成，每个网格点有一个高度值。多高度图在此基础上发展而来，每个字段可以存储多个高度值，因此也可以显示通道。但由于工业机器人在三维空间中移动且具有6个自由度，这种类型的地图不适合工业机器人