[發(fā)明專(zhuān)利]一種蛇形機(jī)器人路徑跟隨規(guī)劃方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810947211.4
• 申請(qǐng)日: 2018-08-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108994836A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷國(guó)迎;湯磊;朱向陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 上海旭誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

1.一種蛇形機(jī)器人路徑跟隨規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下主要步驟：

(1)蛇形機(jī)器人路徑曲線生成，具體為根據(jù)所述蛇形機(jī)器人在空間中所要經(jīng)過(guò)的點(diǎn)，或者根據(jù)空間障礙物等約束信息反求所述蛇形機(jī)器人機(jī)械臂的可行路徑點(diǎn)，生成一條連續(xù)光滑無(wú)碰撞的路徑曲線；

(2)蛇形機(jī)器人關(guān)節(jié)位置搜索，具體為所述蛇形機(jī)器人路徑曲線生成以后，所述蛇形機(jī)器人每往前進(jìn)一步，需搜索所述蛇形機(jī)器人機(jī)械臂的關(guān)節(jié)點(diǎn)與所述蛇形機(jī)器人路徑曲線上的匹配點(diǎn)；

(3)蛇形機(jī)器人關(guān)節(jié)角度反解，具體為在一個(gè)控制周期內(nèi)，所述蛇形機(jī)器人機(jī)械臂的關(guān)節(jié)點(diǎn)確定之后，可以根據(jù)所述關(guān)節(jié)點(diǎn)信息以及所述蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型反求所述蛇形機(jī)器人在該時(shí)刻下對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角。

2.如權(quán)利要求1所述的蛇形機(jī)器人路徑跟隨規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟(1)包括離線預(yù)先生成和在線實(shí)時(shí)生成兩種方式。

3.如權(quán)利要求2所述的蛇形機(jī)器人路徑跟隨規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟(1)中所述離線預(yù)先生成具體為當(dāng)所述蛇形機(jī)器人工作環(huán)境參數(shù)已知時(shí)，根據(jù)所述蛇形機(jī)器人機(jī)械臂所要經(jīng)過(guò)的點(diǎn)和障礙的位置，確定所述蛇形機(jī)器人在空間中所要通過(guò)的關(guān)鍵點(diǎn)，利用樣條曲線將所述關(guān)鍵點(diǎn)連接起來(lái)形成所述蛇形機(jī)器人路徑曲線。

4.如權(quán)利要求2所述的蛇形機(jī)器人路徑跟隨規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟(1)中所述離線預(yù)先生成也可以為當(dāng)所述蛇形機(jī)器人工作環(huán)境參數(shù)已知時(shí)，通過(guò)A*算法、蟻群算法等自動(dòng)路徑規(guī)劃算法自動(dòng)生成所述蛇形機(jī)器人路徑曲線。

5.如權(quán)利要求2所述的蛇形機(jī)器人路徑跟隨規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟(1)中所述在線實(shí)時(shí)生成具體為當(dāng)所述蛇形機(jī)器人工作環(huán)境參數(shù)未知時(shí)，在所述蛇形機(jī)器人實(shí)時(shí)控制中，基于各類(lèi)傳感器實(shí)時(shí)獲取環(huán)境特征并調(diào)整所述蛇形機(jī)器人路徑曲線，所述蛇形機(jī)器人機(jī)械臂跟隨所述蛇形機(jī)器人路徑曲線運(yùn)動(dòng)滯后于所述蛇形機(jī)器人路徑曲線的生成。

6.如權(quán)利要求3所述的蛇形機(jī)器人路徑跟隨規(guī)劃方法，其特征在于，所述樣條曲線不限定于某種形式，包括多項(xiàng)式、Bezier、B樣條曲線等。

7.如權(quán)利要求1所述的蛇形機(jī)器人路徑跟隨規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟(2)中當(dāng)所述蛇形機(jī)器人路徑曲線連續(xù)時(shí)，在t時(shí)刻所述蛇形機(jī)器人機(jī)械臂的關(guān)節(jié)中心C₁(t)-C_n(t)需落在所述蛇形機(jī)器人路徑曲線上，同時(shí)相鄰的所述關(guān)節(jié)點(diǎn)需滿足桿長(zhǎng)公式：

||C_i(t)-C_i-1(t)||＝L_i-1,i∈[2,n]

其中||g||為歐幾里德范數(shù)，L_i-1為第i-1根桿的長(zhǎng)度，當(dāng)t＝0時(shí)，第一個(gè)所述關(guān)節(jié)點(diǎn)與所述蛇形機(jī)器人路徑曲線起始點(diǎn)重合，C₁(0)＝P₁，所述蛇形機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)底座沿所述蛇形機(jī)器人路徑曲線做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，等時(shí)間間隔采樣，所述驅(qū)動(dòng)底座的位置已知，故C₁(t)可由驅(qū)動(dòng)進(jìn)給量求得，對(duì)應(yīng)時(shí)刻其余的所述關(guān)節(jié)點(diǎn)可由所述桿長(zhǎng)公式逐個(gè)求得。

8.如權(quán)利要求7所述的蛇形機(jī)器人路徑跟隨規(guī)劃方法，其特征在于，所述桿長(zhǎng)公式中的非線性方程可采用二分法搜索、牛頓法迭代法及梯度下降法等方法求解，可將桿長(zhǎng)的相對(duì)誤差ξ作為算法迭代終止的條件，ξ如下式所示：

當(dāng)相對(duì)誤差ξ小于給定閾值時(shí)，認(rèn)為找到了所述蛇形機(jī)器人路徑曲線上對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)點(diǎn)。