[發明專利]一種基于多個控制點的空間機器人避撞方法

有效

• 申請號: 201710719040.5
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107351085B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 王明明;羅建軍;袁建平;朱戰霞
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西北工業大學深圳研究院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李宏德

1.一種基于多個控制點的空間機器人避撞方法，其特征在于，包括，

步驟一，將障礙物處理成由三角面構成的非凸多面體，將機械臂處理成線段，確定描述線段與三角形之間的碰撞檢測算法，得到機械臂和障礙物之間距離最近的一對控制點；

步驟二，建立空間機器人考慮避撞任務的多任務運動學方程；

步驟三，基于一對控制點建立空間機器人的避撞約束條件，結合步驟二得到的運動學方程進行避撞求解；

步驟四，基于多個控制點建立新控制點的運動信息，根據多個控制點的參數設計調整新控制點參數，結合步驟二得到的運動學方程進行避撞求解；

步驟五，根據多個控制點對一個障礙物的避撞求解，按空間機器人機械臂與障礙物的距離遠近加入權重因子，對空間機器人的機械臂進行多障礙物的避撞控制；

步驟一的具體步驟如下，

步驟1.1，定義嚴格凸目標和Voronoi區域，

定義嚴格凸目標，令表示三維空間R³一個閉集，是的內部，對于且0＜λ＜1，當且僅當時，認為是嚴格凸的；

定義Voronoi區域，VR(Y)表示特征為Y的Voronoi區域；關于特征為Y的一個Voronoi區域為相比于任何其它特征，最靠近特征Y的點集；

步驟1.2，根據嚴格凸目標和Voronoi區域的定義，障礙物不是嚴格凸目標，將其處理成由若干三角形基礎面組成的多面體；根據三角形的七個特征，三角形的面、三條邊以及三個頂點，通過一個三角形將三維空間分為七個Voronoi區域，當一條線段位于三角形的不同Voronoi區域時，利用不同的函數計算距離最近的一對控制點；當一條線段位于不止一個Voronoi區域中時，利用VR_clip算法搜索距離最近的一對控制點。

2.根據權利要求1所述的一種基于多個控制點的空間機器人避撞方法，其特征在于，步驟二的具體步驟如下，

空間機械臂末端執行器的主要任務和次要避障任務描述如下：

考慮任務優先級滿足所有目標的逆運動學解法描述如下，不考慮零空間運動h＝0：

其中，是J_e零空間中矩陣J_o的投影。

3.根據權利要求2所述的一種基于多個控制點的空間機器人避撞方法，其特征在于，步驟三的具體步驟如下，

障礙物穩定時，分別從機械臂和障礙物上選取點P₁、P₁'為一對控制點，||P₁P₁'||距離的導數，即避撞約束，表示如下：

其中，n₁是的單位矢量，符號<u,v>表示矢量u和矢量v的內積；

用一個新雅可比矩陣替換逆運動學解中的J_o，表示如下：

完成主要任務和避障任務的逆運動學新解表示如下：