[發明專利]連續型超冗余機械臂的臂型協同規劃方法、終端設備和存儲介質

有效

• 申請號: 202011165504.0
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112276953B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 梁斌;王學謙;田宇;孟得山;朱曉俊;李新亮
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 孟學英

1.一種連續型超冗余機械臂的臂型協同規劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：建立連續型超冗余機械臂運動學模型；

S2：構建虛擬引導管道；構建虛擬引導管道包括如下步驟：

S21：根據任務要求以及障礙物分布情況確定目標臂型；

S22：根據障礙物和所述目標臂型之間的空間關系確定所述虛擬引導管道的起始位置和橫截半徑；

S23：在所述目標臂型上的起點等間隔的取起點p₀至所述目標臂型末端p_k的共k+1個點作為圓心，作以所述橫截半徑r為半徑、垂直于所述點的x方向的圓，所有圓組成的集合，即為所述虛擬引導管道，即：

{P|P＝p_i+r*Rot(x_i,a)*y_i,i∈(0,1...,k),a∈[0,2π)}

其中，y_i為p_i處y方向單位向量；x_i為p_i處機器人坐標系x方向的單位向量；

S3：通過機器人逆運動學方程求解出所述虛擬引導管道的初始臂型；

S4：構建人工勢場，所述人工勢場包括所述虛擬引導管道產生的引導力勢場；

S5：計算所述連續型超冗余機械臂的關鍵點在所述引導力勢場中受到的力，根據所述關鍵點的受力情況按照單位規劃周期內臂上所述關鍵點做功之和最大的策略來對所述連續型超冗余機械臂的運動進行規劃，直到所述連續型超冗余機械臂抵達目標臂型。

2.如權利要求1所述的連續型超冗余機械臂的臂型協同規劃方法，其特征在于，建立連續型超冗余機械臂運動學模型包括如下：

確定所述連續型超冗余機械臂上任意一點的坐標系為：x指向該點圓弧的切向，y軸指向該點所處圓弧的圓心，由右手定則可得z軸方向垂直于圓弧所在平面；每個關節具有柔性關節的彎曲自由度θ和旋轉自由度兩個自由度；

起始坐標系{O₀}至臂桿上弧長為l處的坐標系{O₁}的變換分解為以下幾個基本變換：繞x軸旋轉角度、起始位置到目標位置的平移，繞z軸旋轉θ角度；得到齊次變換矩陣：

其中，l為起始位置至目標位置的圓弧長度，s_*為sin(*)的縮寫，c_*為cos(*)的縮寫；

在基座固定的情況下，得到所述連續型超冗余機械臂第i段柔性關節上弧長為l處的坐標系與柔性臂關節角度之間的變換函數為：

其中，θ＝[θ₁，θ₂，......，θ_n]，

3.如權利要求2所述的連續型超冗余機械臂的臂型協同規劃方法，其特征在于，所述虛擬引導管道上任意一點P₀位置為：

P₀＝p_i+R*Rot(x_i,ρ)*y_i

任意一點P₀產生的引導力場為：

其中，k_*和ρ為給定正系數，X為當前位置，X_tar為目標位置，X_o為障礙物位置，固定參數d意義為：當所述虛擬引導管道的位置與目標位置距離大于d時，依靠引導力前進；當所述虛擬引導管道位置與目標位置距離小于d時，不再需要引導力，依靠吸引力前進。

4.如權利要求3所述的連續型超冗余機械臂的臂型協同規劃方法，其特征在于，所述人工勢場還包括：目標位置對當前位置產生與距離成正比的吸引力勢場和障礙物和所述虛擬引導管道產生與距離平方成反比的排斥力勢場。

5.如權利要求4所述的連續型超冗余機械臂的臂型協同規劃方法，其特征在于，目標位置對當前位置產生與距離成正比的吸引力通過如下公式計算：

障礙物和所述虛擬引導管道產生與距離平方成反比的排斥力通過如下公式計算：