[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

本發明提供一種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，方法包括：建立連續型超冗余機械臂運動學模型；構建虛擬引導管道；通過機器人逆運動學方程求解出虛擬引導管道的初始臂型；構建人工勢場，人工勢場包括虛擬引導管道產生的引導力勢場；計算連續型超冗余機械臂的關鍵點在引導力勢場中受到的力，根據關鍵點的受力情況按照單位規劃周期內臂上關鍵點做功之和最大的策略來對連續型超冗余機械臂的運動進行規劃，直到連續型超冗余機械臂抵達目標臂型。規劃算法不需要依靠機械臂的逆運動學，所以其復雜度不會隨著機械臂的自由度增加而顯著增加。

技術領域

本發明涉及連續型超冗余機械臂的臂型技術領域，尤其涉及一種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。

背景技術

在科技的高速發展中，定期的監測和維護是確保航天器、大飛機以及核設施等設備安全工作的重要方式，但是由于此類設備往往具有復雜的結構，使得可供監測及維護作業的空間非常狹小。因此，探索機器人在狹小空間實施設備監測和維護的相關技術十分重要。為了順利完成狹小空間中的監測和維護，機器人需要具備穿越狹窄環境的能力、同時回避障礙物、關節奇異和關節超限的能力以及足夠大的靈巧操作空間。傳統的剛性機器人，難以同時實現上述目標。而連續型超冗余機械臂不僅具有極好的環境適應性和極高的避障能力，還可以采用環繞等方式工作于非結構化環境及非合作目標的多設備環境。

由于具有大量冗余自由度，超冗余機械臂的運動學逆解十分復雜，一直是研究中的重點和難點，且絕大多數的超冗余機械臂規劃算法都基于其運動學逆解。常見的機械臂逆運動學求解方法分為三類：廣義逆法、人工神經網絡法和脊線法。隨著機器人自由度的增多，廣義逆法和人工神經網絡法的計算量都會變得非常宏大，不適用于超冗余機械臂。目前，脊線法被廣泛用于柔性臂的規劃，但該方法存在不易調整末端姿態，犧牲較多自由度和脊線不容易獲取和調整等問題?？偠灾?，現有的基于逆運動學的機械臂規劃方法都不能很好的解決超冗余機械臂的規劃問題。

常見的機器人避障規劃算法包括：A*算法和人工勢場法。A*算法利于全局的信息進行規劃，可以獲得全局的最優解，但是隨著規劃的變量數量的增加，計算量會呈指數級數的增加，并不適用于超冗余機械臂的臂型規劃。人工勢場法具有很高的效率和通用性，但是它只考慮局部的環境信息，所以很容易陷入局部極小值點而無法抵達目標位置。而且傳統的人工勢場法往往只用于規劃二維空間內單個質點的運動軌跡。之前并沒有出現過將人工勢場法用于三維空間內，多自由度同時避障規劃的研究算法出現。

以上背景技術內容的公開僅用于輔助理解本發明的構思及技術方案，其并不必然屬于本專利申請的現有技術，在沒有明確的證據表明上述內容在本專利申請的申請日已經公開的情況下，上述背景技術不應當用于評價本申請的新穎性和創造性。

發明內容

本發明為了解決現有的問題，提供一種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。

為了解決上述問題，本發明采用的技術方案如下所述：

一種連續型超冗余機械臂的臂型協同規劃方法，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；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。