[發明專利]一種平面冗余度機器人避障及避奇異的路徑規劃方法

在審

• 申請號: 201610052247.7
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105700527A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 劉玉斌;戴騫;張赫;趙杰;李戈
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及機器人運動控制領域，尤其涉及一種平面冗余度機器人避障及避奇異的路 徑規劃方法。

背景技術

隨著電子產品的小型化和精密化，傳統的機器人自動化裝配不能很好的完成一些復 雜精細化裝配任務，而完全由人工完成此類產品的裝配任務會使工作人員的勞動強度大 大增加，從而影響產品的裝配質量。目前代工廠商開始引入平面型機器人作為高速生產 線的輔助性設備，協助工作人員完成電子產品的裝配作業，降低工作人員的勞動強度并 且提升裝配質量。在流水線這種狹小空間內協助工人完成裝配任務，人機碰撞的概率大 大增加。這不僅對工人的生命安全存在很大的威脅，而且對產品的裝配質量也會有一定 的影響。

平面冗余度機器人，是指關節數大于2的平面關節型機器人，在不影響末端位姿的 情況下可以通過其自運動特性實現多種運動優化目標。在人機協作裝配過程中，由于裝 配流水線空間狹小，同一流水線上的協作者和協作機器人的工作空間大面積重疊，再加 之此類機器人的工作速度較大，使得人機協作的風險大大增加。再者奇異構形附近冗余 度機器人容易出現關節速度非常大，導致機器人末端執行器偏離預期軌跡，這將會對裝 配質量有一定的影響。

所以用于小型電子產品的人機協作機器人需要一種可以同時完成避障、避奇異的路 徑規劃方法，使其在協作過程中不僅可以完成對協作者的回避，也可完成對其自身奇異 構型的回避從而降低人機協作的風險并提高裝配質量。目前，平面冗余度機器人運動控 制領域內，尚無有關同時完成避障、避奇異的路徑規劃方法的報道。

發明內容

本發明基于如下理論：

1、避障的路徑規劃理論

首先計算障礙物和機器人連桿之間的最短距離，針對人機協作裝配這類對路徑規劃 方法實時性要求較高的應用場合，提出了一種改進的實時最小距離計算法。

針對人機協作完成裝配任務的過程，協作者可考慮成隨機的障礙物。平面冗余度機 器人各關節上裝有測量距離的傳感器，可以實時測量機器人關節和障礙物之間的距離。 在機器人運動的平面上，可以將障礙物等效成一個半徑為R的圓盤，以平面三自由度冗 余機器人為例，機器人和障礙物位置示意圖如圖1所示。

(1)采用本發明所述方法計算實時最小距離

先篩選出不能和障礙物發生碰撞的桿件

本發明所舉的例子中連桿是由桿件1、桿件2和桿件3構成；

已知障礙物中心在坐標系{0}中的位置(x_t0,y_t0)，連桿截面為邊長為a的正方形，障礙 物半徑為R，根據坐標系{1}相對于坐標系{0}的旋轉矩陣，得出障礙物中心在坐標系{1} 中的位置(x_t1,y_t1)，即