[發明專利]一種基于接近覺感知的機械臂避障方法

有效

• 申請號: 202110632036.1
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113232025B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 李龍;陳禾煒;張泉;田應仲
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 上海新隆知識產權代理事務所(普通合伙) 31366
• 代理人: 金利琴

1.一種基于接近覺感知的機械臂避障方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，布置接近傳感器陣列：

在避障連桿上布置接近傳感器陣列，在一個圓周上等分布置若干個，每個不同圓周互相之間等間距分布；

步驟2，確定連桿運動方向：

通過機器人運動學求出連桿在下一控制周期的期望位姿，結合當前連桿位姿，確定連桿運動方向；

步驟3，采集傳感器距離信息：

基于步驟2得到的連桿運動方向，讀取該運動方向上的傳感器距離信息；

步驟4，障礙物表面建模：

將基于步驟3得到的傳感器距離信息轉化為未知障礙物表面投影點的空間坐標信息，取距離信息最近處的相鄰3個投影點作外接圓作為圓錐底面并給定圓錐頂角，將未知障礙物表面建模為圓錐面；

步驟5，構建安全平面：

基于步驟4得到的圓錐面，過其頂點作垂直于距離信息最近的接近傳感器的投影方向的安全平面，連桿在不與該平面碰撞時即不會與實際的障礙物表面發生碰撞；

步驟6，基于人工勢場法的避障路徑規劃：

基于步驟5得到的安全平面構建斥力場，根據機器人目標位姿構建引力場，規劃機器人避障路徑。

2.根據權利要求1所述的基于接近覺感知的機械臂避障方法，其特征在于：所述接近傳感器陣列布置于連桿表面，通過該傳感器陣列感知障礙物信息。

3.根據權利要求1所述的基于接近覺感知的機械臂避障方法，其特征在于：將所述避障連桿用假想的圓柱包圍盒包裹以進行簡化處理，計算出圓柱包圍盒中心軸線兩端點的運動方向，由此可計算出軸線上任意點在軸線垂直方向上的運動方向。

4.根據權利要求1所述的基于接近覺感知的機械臂避障方法，其特征在于：所述步驟3根據步驟2獲得的連桿運動方向，僅讀取相鄰方向而不是所有方向上的傳感器距離信息。

5.根據權利要求1所述的基于接近覺感知的機械臂避障方法，其特征在于：所述步驟4將未知障礙物表面建模為圓錐面，當在連桿運動方向上傳感器未檢測到距離信息或距離信息很遠時，認為沒有障礙物阻擋在路徑上；當有多個傳感器檢測到距離信息但不滿3個時，取相鄰傳感器以最近的距離信息補足以構建圓錐面。

6.根據權利要求1所述的基于接近覺感知的機械臂避障方法，其特征在于：所述步驟5構建的安全平面確保了：對于表面光滑連續且封閉的障礙物，在障礙物表面投影點極為稀疏難以確定連桿與障礙物表面實際最近碰撞點的條件下，連桿不與實際障礙物發生碰撞。

7.根據權利要求1所述的基于接近覺感知的機械臂避障方法，其特征在于：在所述步驟6采用的人工勢場法中，由于機械臂連桿不能視為質點，因此采用勢函數代替引力斥力，并在關節空間搜索使勢函數減小速度最快的關節角組合，減少算法復雜性并避免機器人運動學奇異解；人工勢場法的斥力場根據安全平面設定，使得算法極易陷入局部最優陷阱，因此使用繞行方法逃離局部最優陷阱，在該方法中當避障連桿陷入局部最優陷阱時，引力場勢函數改變，使得與避障連桿相連的前一關節往一個方向轉動，其余關節的引力勢場仍舊根據目標位姿確定，產生繞行行為，直到安全平面改變，算法逃離局部最優陷阱，最終機器人到達目標位姿并實現避障。