[發明專利]七自由度仿人機械臂的雙層擬人運動規劃方法

有效

• 申請號: 201611194816.8
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106737671B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 夏晶
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 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事務所 23109
• 代理人: 宋詩非

七自由度仿人機械臂的雙層擬人運動規劃方法，屬于機械臂控制領域，解決了現有基于Bi?RRT*算法的七自由度仿人機械臂路徑規劃方法不適用于仿人機械臂的任務空間規劃，且無法同時優化仿人機械臂的末端執行器的路徑和機械臂構型的問題。所述方法包括為末端執行器規劃無碰撞路徑、對無碰撞路徑進行平滑處理、計算所有可用機械臂構型、根據人臂的運動學特征選擇最優機械臂構型集和控制仿人機械臂依次完成最優機械臂構型集中所有臂構型的步驟。在規劃無碰撞路徑的步驟中采用基于臂構型描述的末端新生長路徑點有效性判斷方法替代現有Bi?RRT*算法中的碰撞檢測方法。本發明所述方法適用于七自由度仿人機械臂的雙層擬人運動規劃。

技術領域

本發明涉及機械臂控制領域，具體地說，涉及一種復雜環境下七自由度仿人機械臂的雙層擬人運動規劃方法。

背景技術

目前，基于隨機采樣的避障路徑規劃方法被廣泛地用于七自由度仿人機械臂的運動規劃中。該類方法通過碰撞檢測模塊提供采樣點的可行性信息，連接一系列從自由空間采樣的點，構建一張可行軌跡的圖，從這張圖中搜索起始點到目標點的可行路徑。該類方法不需要在仿人機械臂的關節空間中對障礙物進行精確建模，因而計算量小，即使在高維空間中規劃仿人機械臂的運動軌跡，其效率也相當高。

Bi-RRT*(Bidirectional Rapidly-Exploring Random Tree Star，雙向快速擴展隨機樹星)算法是基于隨機采樣的避障路徑規劃方法中被廣泛使用的方法。該方法將雙向搜索策掠引入現有的RRT*(Rapidly-Exploring Random Tree Star，快速擴展隨機樹星)算法中，并引入一個啟發函數。與RRT*算法相比，Bi-RRT*算法具有更強的避障路徑規劃能力。

但是，現有基于Bi-RRT*算法的七自由度仿人機械臂路徑規劃方法因Bi-RRT*算法采用碰撞檢測方法判斷采樣點的可行性使得該路徑規劃方法只適用于仿人機械臂的關節空間而不適用于仿人機械臂的任務空間，且無法同時優化仿人機械臂的末端執行器的路徑和機械臂構型。

發明內容

本發明為解決現有基于Bi-RRT*算法的七自由度仿人機械臂路徑規劃方法不適用于仿人機械臂的任務空間規劃，且無法同時優化仿人機械臂的末端執行器的路徑和機械臂構型的問題，提出了一種七自由度仿人機械臂的雙層擬人運動規劃方法。

本發明所述的七自由度仿人機械臂的雙層擬人運動規劃方法包括第一層運動規劃和第二層運動規劃，第一層運動規劃為仿人機械臂在復雜環境下的任務空間的擬人路徑規劃，第二層運動規劃為仿人機械臂沿末端無碰撞路徑的可用臂構型空間的擬人臂構型規劃；

所述方法包括：

步驟一、在所述仿人機械臂的任務空間內，為所述仿人機械臂的末端執行器規劃出一條從其初始位置至目標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行平滑處理，形成所述末端執行器的任務空間路徑規劃；

步驟三、在所述末端執行器能夠自其初始位置經平滑處理后的無碰撞路徑到達目標位置情形下，計算并保存所有滿足關節限位關系和避碰撞約束的可用機械臂構型；

步驟四、根據人臂的運動學特征，在沿末端執行器無碰撞路徑的所有可用機械臂構型中選擇出最優機械臂構型集；

步驟五、控制所述仿人機械臂依次完成所述最優機械臂構型集中的所有臂構型，使所述末端執行器完成所述平滑處理后的無碰撞路徑；

步驟一和步驟二構成仿人機械臂在復雜環境下的任務空間的擬人路徑規劃，步驟三和步驟四構成仿人機械臂沿末端無碰撞路徑的可用臂構型空間的擬人臂構型規劃。

作為優選的是，步驟一包括：