[發明專利]機器人系統中的動態避障

在審

• 申請號: 201410730055.8
• 申請日: 2014-12-04
• 公開（公告）號: CN105710888A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: H.霍夫曼;D.米切爾
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: B25J13/08
• 分類號: B25J13/08;B25J9/18
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 葛青

技術領域

本發明涉及機器人系統中的動態避障。

背景技術

機器人通常包括一系列聯動裝置，其經由馬達驅動的機器人關節互連。 每一個機器人關節代表一個或多個獨立的控制變量或自由度。例如機器人手 臂、抓持器等的末端執行器是具體的末端聯動裝置，其在執行命令的工作任 務中作用在物體上，例如抓持和移動物體。復雜的編程和運動控制邏輯被以 各種方式使用，以獲得所需水平的機器人可動性、靈活性和與工作任務有關 的功能性。末端執行器通常根據限定的路徑或軌跡接近和離開特定目標位 置。這種路徑是使用各種技術預先規劃的。然而，在工作環境中遇到動態障 礙物時常規的末端執行器路徑規劃技術可能并不十分魯棒。

發明內容

本文所述的機器人控制器適用于在動態障礙物存在的情況下控制末端 執行器。不同于現有方法，控制器使用Gilbert-Johnson-Keerthi(GJK)算法計 算輪廓函數，且由此允許控制器處理具有任意(即不是預定的)形狀的動態 障礙物。本發明的方法還使用調和勢，以調制用于末端執行器的運動規劃， 由此在機器人工作環境中的這樣的動態障礙物周圍操縱末端執行器。

具體說，控制器考慮動態障礙物的速度以作為輸入，且計算代表障礙物 的任意的幾何形狀之間的距離。該方法利用GJK算法計算距離。由此，輪 廓函數通過控制器限定，用于避開遇到的動態障礙物，這與使用預定輪廓函 數和限定/非任意的障礙物形狀的方法不同相反。該方法還允許控制器使用點 云形狀的性能，且允許給定控制點表示為具有限定形狀的體積。以這種方式， 調和勢的概念被擴展到這樣的情況，其中動態障礙物被表示為點的集合，例 如來自3D點云攝像頭，其輸出障礙物的點云或光探測測距(LightDetection andRanging：LIDAR)掃描結果。另外，本發明的設計預期了調制函數的自 動調整，從而障礙物速度被考慮，由此允許控制器更好地避開動態障礙物。

在下文結合附圖進行的對實施本發明的較佳模式做出的詳盡描述中能 容易地理解上述的本發明的特征和以及其他的特征。

附圖說明

圖1是具有機器人和控制器的示例性機器人系統的示意圖，該機器人系 統為了避開任意形狀的動態障礙物，將利用流場的動態系統與調和勢 (harmonicpotential)相組合。

圖2是描述了在圖1的機器人系統中可用的示例性調和勢調制方法的示 意性邏輯流程圖。

圖3A是示意性向量場。

圖3B是圖3A所示的向量場的示意性流線變化。

具體實施方式

參考附圖，其中幾幅圖中相同的附圖標記指示相同或相似的部件，機器 人系統10在圖1中被示意性地顯示為具有控制器50。機器人系統10包括機 器人12。機器人12被圖示為圖1的示例性靈巧人形機器人，但是機器人12 可以替換地以任何多軸線機器人實施。機器人12在存在動態障礙物30的情 況下運行，動態障礙物30例如是運動的操作者、其他機器人等。控制器50 被編程為經由方法100的執行而避開動態障礙物30，方法100的示例性實施 例顯示在圖2中。示例性動態障礙物30和相關的流場(flowfields)在圖3A 和3B中示意性地顯示。

機器人12包括末端執行器14，例如設置在機器人臂16遠端的抓持器或 多手指的手。機器人12的運動(尤其是末端執行器14和機器人臂16的運 動)經由機器人控制器50而被自動地控制，所述機器人控制器50具有動態 系統模塊(DSM)52、調和勢(harmonicpotential)調制器(HPM)53和阻抗控 制模塊(ICM)54，它們的具體編程功能在下文詳細描述。例如3D點云攝像頭、 LIDAR傳感器陣列等的攝像頭15收集描述動態障礙物30的位置和近似幾 何形態的一組3D點云信息，且將該信息轉送到控制器50，作為方法100一 部分的點云數據(箭頭19)。