[發明專利]機械臂避障路徑規劃方法、系統及存儲介質

有效

• 申請號: 202110110620.0
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112809682B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 鄒澤華
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 葉潔勇

本申請適用于機械臂避障路徑規劃技術領域，提供了一種機械臂避障路徑規劃方法、系統及存儲介質，方法包括：獲取機械臂的初始參數；計算出執行末端的第一運動方向；計算出執行末端的當前位置；確定機械臂的當前碰撞狀態；確定當前位置所處的當前區域；其中，當前區域包括安全區域；若當前區域為安全區域且碰撞狀態為未發生碰撞狀態，則將預設步進長度與預設步進增益因子的乘積作為預設步進長度，將當前位置作為初始位置，并執行根據初始位置、預設步進長度和第一運動方向計算出執行末端的當前位置；確定當前位置為目標位置，將得到的執行末端的軌跡作為規劃路徑。使得機械臂的執行末端能夠快速且有效地到達目標點。

技術領域

本申請涉及機械臂避障路徑規劃技術領域，特別涉及一種機械臂避障路徑規劃方法、系統及存儲介質。

背景技術

工業機械臂的避障路徑規劃是指在給定障礙物和目標點的前提下，規劃處由起始點到目標點的最優無碰撞路徑。最優是指時間最短、軌跡最穩定光滑、路徑最短、結果最精確以及安全系數最高，這樣才能使機械臂平穩地工作，降低關節間的磨損。傳統的路徑規劃方法包括人工勢場法和快速搜索隨機樹法。

人工勢場法是指在空間內構造虛擬力的路徑規劃方法，把機械臂的運動視為一種合力驅動下的運動，目標點對其產生吸引力，力的大小隨著距離的減小而減小，障礙物對其產生斥力，斥力的大小與距離成反比。該方法缺乏全局信息，易陷入局部最小值。例如，目標點的附近存在障礙物，存在障礙物對機械臂的斥力與目標點對機械臂的引力相同的情況，但是該點并未到達目標點，而此時機械臂停止運動，則會導致機械臂避障路徑規劃目標物體的失敗。

快速搜索隨機樹是一種樹形數據存儲結構和算法，通過遞增的方法建立，并快速減小隨機選擇點同樹的距離，可以有效的搜索空間的目標。然而，這種方法在規劃機械臂的路徑時，由于其算法隨機性較強、沒有目的性的原因，使得在規劃避障路徑時效率較低。

發明內容

本申請旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，為此，本申請提出一種機械臂避障路徑規劃方法、系統及存儲介質，使得機械臂的執行末端能夠快速且有效地到達目標點。

本申請的第一方面，提供了一種機械臂避障路徑規劃方法，包括：獲取機械臂的初始參數；其中，初始參數包括機械臂的執行末端的初始位置；根據初始參數和目標位置計算出執行末端的第一運動方向；根據初始位置、預設步進長度和第一運動方向計算出執行末端的當前位置；根據預設的障礙物模型、機械臂模型和當前位置確定機械臂的當前碰撞狀態；其中，當前碰撞狀態包括發生碰撞狀態和未發生碰撞狀態；確定當前位置所處的當前區域；其中，當前區域包括安全區域；若當前區域為安全區域且碰撞狀態為未發生碰撞狀態，則將預設步進長度與預設步進增益因子的乘積作為預設步進長度，將當前位置作為初始位置，并執行根據初始位置、預設步進長度和第一運動方向計算出執行末端的當前位置；確定當前位置為目標位置，將得到的執行末端的軌跡作為規劃路徑。

根據本申請第一方面實施例的機械臂避障路徑規劃方法，至少具有如下有益效果：根據機械臂執行末端的初始位置和目標位置，可以得到執行末端的第一運動方向；而根據預設步進長度、執行末端的初始位置和第一運動方向，可以得到執行末端移動預設步進長度后的當前位置；而根據障礙物模型、機械臂模型和當前位置，可以確定機械臂在當前位置的碰撞狀態；根據障礙物模型和執行末端的當前位置，可以確定執行末端當前位置所處的當前區域，在執行末端的當前位置所處的當前區域為安全區域且機械臂在當前位置的碰撞狀態為未發生碰撞狀態時，通過在安全區域設置預設步進增益因子，在安全區域，可以得到變化的步進長度，從而目的性更強，執行末端更加快速的到達目標位置，使得規劃路徑的效率更高。