[發明專利]一種基于RRT算法的雙機械臂解耦運動規劃方法及系統

在審

• 申請號: 202110430722.0
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113276109A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 潘愛強;劉哲;魏本剛;江安烽;杜習周;李文鶴;許唐云;白成超;張家維
• 申請（專利權）人: 國網上海市電力公司;國網上海能源互聯網研究院有限公司;哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/00
• 代理公司: 北京工信聯合知識產權代理有限公司 11266
• 代理人: 夏德政

本發明公開了一種基于RRT算法的雙機械臂解耦運動規劃方法及系統，包括：利用雙向RRT算法分別對每個機械臂進行針對環境靜態障礙物的無碰撞路徑規劃，以確定每個機械臂的第一運行路徑節點序列和每個節點對應的時間信息；將每個機械臂的第一運行路徑節點序列根據每個節點對應的時間信息進行一一對應，并行碰撞檢測，獲取碰撞檢測結果；當所述碰撞檢測結果指示發生碰撞時，將作為主臂的第一機械臂的第一運行路徑節點序列作為動態障礙物，重新對作為從臂的第二機械臂進行無碰撞路徑規劃，以確定最終運行路徑節點序列；根據第一機械臂的第一運行路徑節點序列、第二機械臂的最終運行路徑節點序列和每個節點對應的時間信息確定雙機械臂解耦運動規劃方案。

技術領域

本發明涉及機器人運動規劃技術領域，并且更具體地，涉及一種基于快速搜索隨機樹(Rapidly-ExploringRandom Trees，RRT)算法的雙機械臂解耦運動規劃方法及系統。

背景技術

1954年世界上第一臺可編程機器人誕生，1959年第一臺工業機器人出現，在接下來六十年的時間中機器人技術快速發展，逐漸改變著人們的生產生活方式。如今工業機器人已廣泛應用于焊接、搬運、噴涂和裝配生產線上。單臂機器人雖然能夠完成一般的作業要求，但在技術要求較高的領域，如裝配作業，救援搶險，醫療服務等領域，需要機器人可以有更好的協調與靈活性，雙臂機器人具有單臂機器人所無法比擬的優勢。雙臂機器人搬運物體時可以形成閉環運動鏈，既具有并聯機構的剛度與強度又有串聯機構的柔性與靈活性。雙臂機械手還可以完成更加復雜的任務如：插孔作業、螺栓裝配等，因而其具有更高的可操作性。而運動規劃方法的好壞決定了雙機械臂協作過程的效率高低以及運動的精度和平穩性，影響最終能否完成預期的任務。

雙機械臂運動規劃算法可以分為集中式與解耦式兩類。解耦式的運動規劃算法通常無法保證規劃的完整性和最優性，但在簡單的環境中可以快速的規劃出雙臂的運動軌跡。

解耦規劃的一種思路是基于時變C空間和無碰撞數據庫，即利用規劃得到的主臂運動軌跡，建立從臂的時變C空間和無碰撞數據庫。在從臂的無碰撞數據庫中利用搜索算法可以得到無碰撞路徑。該方法在C空間維度較低時計算簡單方便，但機械臂的自由度超過3時計算量巨大，不易描述障礙物在C空間中的狀態。解耦規劃的另一類方法則基于采樣的路徑規劃算法如RRT、PRM算法?；诓蓸拥倪\動規劃方法雖然不受構型空間維度的限制，但應用于障礙物環境下的雙機械臂系統運動規劃時成功率很低。

發明內容

本發明提出一種基于RRT算法的雙機械臂解耦運動規劃方法及系統，以解決如何快速高效地實現雙機械臂解耦運動規劃的問題。

為了解決上述問題，根據本發明的一個方面，提供了一種基于RRT算法的雙機械臂解耦運動規劃方法，所述方法包括：

根據每個機械臂對應的起始構型信息和目標構型信息，利用雙向快速搜索隨機樹RRT算法分別對每個機械臂進行針對環境靜態障礙物的無碰撞路徑規劃，以確定每個機械臂的第一運行路徑節點序列和所述第一運行路徑節點序列中每個節點對應的時間信息；

將每個機械臂的第一運行路徑節點序列根據每個節點對應的時間信息進行一一對應，并根據對應的結果進行碰撞檢測，獲取碰撞檢測結果；

當所述碰撞檢測結果指示發生碰撞時，將作為主臂的第一機械臂的第一運行路徑節點序列作為動態障礙物，利用單向RRT算法和雙向RRT算法重新對作為從臂的第二機械臂進行針對動態障礙物的無碰撞路徑規劃，以確定所述第二機械臂的最終運行路徑節點序列和所述最終運行路徑節點序列中每個節點對應的時間信息；

根據所述第一機械臂的第一運行路徑節點序列、所述第一機械臂的第一運行路徑節點序列中每個節點對應的時間信息、所述第二機械臂的最終運行路徑節點序列和所述最終運行路徑節點序列中每個節點對應的時間信息確定雙機械臂解耦運動規劃方案。

優選地，其中所述方法還包括：