[發(fā)明專利]七自由度仿人機(jī)械臂的雙層擬人運(yùn)動規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611194816.8
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106737671B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏晶
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 宋詩非

1.七自由度仿人機(jī)械臂的雙層擬人運(yùn)動規(guī)劃方法，所述方法包括第一層運(yùn)動規(guī)劃和第二層運(yùn)動規(guī)劃，第一層運(yùn)動規(guī)劃為仿人機(jī)械臂在復(fù)雜環(huán)境下的任務(wù)空間的擬人路徑規(guī)劃，第二層運(yùn)動規(guī)劃為仿人機(jī)械臂沿末端無碰撞路徑的可用臂構(gòu)型空間的擬人臂構(gòu)型規(guī)劃；

所述方法包括：

步驟一、在所述仿人機(jī)械臂的任務(wù)空間內(nèi)，為所述仿人機(jī)械臂的末端執(zhí)行器規(guī)劃出一條從其初始位置至目標(biāo)位置的擬人的無碰撞路徑；

步驟二、采用基于平滑樣條的路徑平滑方法對所述無碰撞路徑進(jìn)行平滑處理，形成所述末端執(zhí)行器的任務(wù)空間路徑規(guī)劃；

步驟三、在所述末端執(zhí)行器能夠自其初始位置經(jīng)平滑處理后的無碰撞路徑到達(dá)目標(biāo)位置情形下，計(jì)算并保存所有滿足關(guān)節(jié)限位關(guān)系和避碰撞約束的可用機(jī)械臂構(gòu)型；

步驟四、根據(jù)人臂的運(yùn)動學(xué)特征，在沿末端執(zhí)行器無碰撞路徑的所有可用機(jī)械臂構(gòu)型中選擇出最優(yōu)機(jī)械臂構(gòu)型集；

步驟五、控制所述仿人機(jī)械臂依次完成所述最優(yōu)機(jī)械臂構(gòu)型集中的所有臂構(gòu)型，使所述末端執(zhí)行器完成所述平滑處理后的無碰撞路徑；

步驟一和步驟二構(gòu)成仿人機(jī)械臂在復(fù)雜環(huán)境下的任務(wù)空間的擬人路徑規(guī)劃，步驟三和步驟四構(gòu)成仿人機(jī)械臂沿末端無碰撞路徑的可用臂構(gòu)型空間的擬人臂構(gòu)型規(guī)劃；

其特征在于，步驟一包括：

步驟一一、在所述仿人機(jī)械臂的任務(wù)空間內(nèi)，采用隨機(jī)采樣的方式，以初始點(diǎn)為基礎(chǔ)構(gòu)建第一樹的節(jié)點(diǎn)集，以目標(biāo)點(diǎn)為基礎(chǔ)構(gòu)建第二樹的節(jié)點(diǎn)集；

初始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)分別為所述末端執(zhí)行器的初始位置和目標(biāo)位置；

在六維任務(wù)空間內(nèi)通過隨機(jī)采樣的方式獲得的多個(gè)機(jī)械臂末端點(diǎn)相互獨(dú)立，恒等分布；

步驟一二、在機(jī)械臂的任務(wù)空間內(nèi)分別以初始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展第一樹和第二樹，所述第一樹和第二樹均為啟發(fā)式快速擴(kuò)展隨機(jī)樹，二者以相同的擴(kuò)展方式相對交替擴(kuò)展，直至二者相遇；

步驟一三、當(dāng)?shù)谝粯浜偷诙湎嘤鰰r(shí)，計(jì)算出此時(shí)從初始點(diǎn)至目標(biāo)點(diǎn)的路徑；

步驟一四、采用基于三角不等式的路徑優(yōu)化方法對步驟一三所述路徑進(jìn)行局部優(yōu)化處理，并得到局部優(yōu)化路徑；

比較步驟一三所述路徑和所述局部優(yōu)化路徑的代價(jià)，并保存代價(jià)較小的機(jī)械臂末端路徑，該路徑為無碰撞機(jī)械臂末端路徑。

2.如權(quán)利要求1所述的七自由度仿人機(jī)械臂的雙層擬人運(yùn)動規(guī)劃方法，其特征在于，步驟一二包括：

步驟一二一、在所述仿人機(jī)械臂的任務(wù)空間內(nèi)，采用隨機(jī)采樣的方式獲取一個(gè)機(jī)械臂末端點(diǎn)，并采用基于臂構(gòu)型描述的末端新生長路徑點(diǎn)有效性判斷方法對該點(diǎn)進(jìn)行有效性判斷，如果該點(diǎn)被判斷為有效，將該點(diǎn)作為第一樹的新生長路徑點(diǎn)，并執(zhí)行步驟一二二；

否則，執(zhí)行步驟一二一；

步驟一二二、在第一樹的節(jié)點(diǎn)集中選擇出第一樹的新生長路徑點(diǎn)的最近節(jié)點(diǎn)；

步驟一二三、在第一樹的新生長路徑點(diǎn)的附近節(jié)點(diǎn)集中，采用路徑代價(jià)算法選擇出路徑代價(jià)最小的附近節(jié)點(diǎn)，并將該節(jié)點(diǎn)作為第一樹的新生長路徑點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)；

依次連接第一樹的新生長路徑點(diǎn)的最近節(jié)點(diǎn)、第一樹的新生長路徑點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)和第一樹的新生長路徑點(diǎn)，完成第一樹的一次擴(kuò)展；

步驟一二四、判斷第一樹的新生長路徑點(diǎn)是否與第二樹相遇，如果二者相遇，執(zhí)行步驟一三，否則，執(zhí)行步驟一二五；

第一樹的新生長路徑點(diǎn)與第二樹是否相遇的判斷方法為：在第二樹的節(jié)點(diǎn)集中選擇出第一樹的新生長路徑點(diǎn)的最近節(jié)點(diǎn)，如果該節(jié)點(diǎn)與第一樹的新生長路徑點(diǎn)的間距小于一個(gè)步長，第一樹的新生長路徑點(diǎn)與第二樹相遇，否則，二者未相遇；

步驟一二五、完成第二樹的一次擴(kuò)展，并判斷第二樹的新生長路徑點(diǎn)是否與第一樹相遇，如果二者相遇，執(zhí)行步驟一三，否則，執(zhí)行步驟一二六；

第二樹的新生長路徑點(diǎn)與第一樹是否相遇的判斷方法為：在第一樹的節(jié)點(diǎn)集中選擇出第二樹的新生長路徑點(diǎn)的最近節(jié)點(diǎn)，如果該節(jié)點(diǎn)與第二樹的新生長路徑點(diǎn)的間距小于一個(gè)步長，第二樹的新生長路徑點(diǎn)與第一樹相遇，否則，二者未相遇；

步驟一二六、完成第二樹的一次擴(kuò)展，并判斷第二樹的新生長路徑點(diǎn)是否與第一樹相遇，如果二者相遇，執(zhí)行步驟一三，否則，執(zhí)行步驟一二七；

步驟一二七、以擴(kuò)展兩次第一樹和擴(kuò)展兩次第二樹的方式循環(huán)擴(kuò)展，直至第一樹和第二樹相遇，二者相遇后，執(zhí)行步驟一三。