[發(fā)明專利]一種機(jī)械臂避障路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310385761.2
• 申請(qǐng)日: 2023-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN116352714B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃曉濤;馮桑;陳樹濤;胡焱;黃藝明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 上海思真遠(yuǎn)達(dá)專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31481
• 代理人: 戚淼

本發(fā)明涉及機(jī)械臂避障技術(shù)領(lǐng)域，且公開了一種機(jī)械臂避障路徑規(guī)劃方法，包括如下步驟：步驟一：對(duì)機(jī)械臂模型以及障礙物進(jìn)行簡(jiǎn)化，確定機(jī)械臂關(guān)節(jié)點(diǎn)，采用虛擬關(guān)節(jié)點(diǎn)插補(bǔ)對(duì)相鄰關(guān)節(jié)間的連桿進(jìn)行插補(bǔ)；在每個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)處采用球形包圍盒進(jìn)行包絡(luò)以代替機(jī)械臂模型，使得機(jī)械臂處于任何姿態(tài)使均能完整替代用以距離計(jì)算；步驟二：采用眼在手外的布置方式放置深度相機(jī)，實(shí)時(shí)獲取工作空間的機(jī)械臂以及障礙物點(diǎn)云信息，并采用機(jī)器人實(shí)時(shí)過濾包將機(jī)械臂本體的點(diǎn)云信息進(jìn)行濾除。該機(jī)械臂避障路徑規(guī)劃方法，采用虛擬關(guān)節(jié)點(diǎn)插補(bǔ)對(duì)相鄰關(guān)節(jié)間的連桿進(jìn)行插補(bǔ)，而后通過球狀包圍盒對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行包絡(luò)以簡(jiǎn)化機(jī)械臂模型，同時(shí)有利益簡(jiǎn)化避障過程的距離計(jì)算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械臂避障技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種機(jī)械臂避障路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

隨著機(jī)械臂應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，其在多機(jī)協(xié)同，人機(jī)協(xié)作等動(dòng)態(tài)環(huán)境中的避障功能變得尤為重要。機(jī)械臂避障是指在復(fù)雜的環(huán)境中，通過提前規(guī)劃獲得一條能夠使機(jī)械臂繞開障礙物而不發(fā)生碰撞的合理路徑。目前機(jī)械臂的實(shí)時(shí)避障尚未形成一套成熟的、適用性強(qiáng)、能夠真正應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中的技術(shù)方案。機(jī)械臂避障技術(shù)當(dāng)前主要存在的問題包括：機(jī)械臂關(guān)節(jié)較多，靈活性強(qiáng)，姿態(tài)形式多樣，不能夠簡(jiǎn)單視為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)；在動(dòng)態(tài)環(huán)境中進(jìn)行避障，要求機(jī)械臂所使用的規(guī)劃算法需要有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性以面對(duì)障礙物的實(shí)時(shí)變化；機(jī)械臂在動(dòng)態(tài)規(guī)劃中，容易陷入局部最小值，使得機(jī)械臂停止運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

(一)解決的技術(shù)問題

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種機(jī)械臂避障路徑規(guī)劃方法，具備：一：簡(jiǎn)化模型方式有利于后續(xù)避障問題的距離計(jì)算，通過采用虛擬關(guān)節(jié)點(diǎn)插補(bǔ)對(duì)相鄰關(guān)節(jié)間的連桿進(jìn)行插補(bǔ)，在關(guān)節(jié)點(diǎn)處采用球狀包圍盒對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行包絡(luò)以替代模型；二：全局路徑規(guī)劃的快速性及方向性提到提升。以RRT-Connect為基礎(chǔ)并控制隨機(jī)樹交替生長(zhǎng)來規(guī)劃全局路徑；三：有效避免陷入局部最小值問題和目標(biāo)不可達(dá)問題，引入指引力與距離影響因子對(duì)人工勢(shì)場(chǎng)法的排斥力進(jìn)行修改等優(yōu)點(diǎn)。

(二)技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種機(jī)械臂避障路徑規(guī)劃方法，包括如下步驟：

步驟一：對(duì)機(jī)械臂模型以及障礙物進(jìn)行簡(jiǎn)化，確定機(jī)械臂關(guān)節(jié)點(diǎn)，采用虛擬關(guān)節(jié)點(diǎn)插補(bǔ)對(duì)相鄰關(guān)節(jié)間的連桿進(jìn)行插補(bǔ)；在每個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)處采用球形包圍盒進(jìn)行包絡(luò)以代替機(jī)械臂模型，使得機(jī)械臂處于任何姿態(tài)使均能完整替代用以距離計(jì)算；

步驟二：采用眼在手外的布置方式放置深度相機(jī)，實(shí)時(shí)獲取工作空間的機(jī)械臂以及障礙物點(diǎn)云信息，并采用機(jī)器人實(shí)時(shí)過濾包將機(jī)械臂本體的點(diǎn)云信息進(jìn)行濾除，僅保留障礙物點(diǎn)云信息；

步驟三：在機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)前使用RRT-Connect算法對(duì)機(jī)械臂所處的靜態(tài)環(huán)境進(jìn)行路徑規(guī)劃，依托其完備性獲得一條可行的全局規(guī)劃路徑；

步驟四：控制機(jī)械臂沿全局規(guī)劃路徑運(yùn)動(dòng)，并實(shí)時(shí)獲取機(jī)械臂所在空間的障礙物點(diǎn)云信息，在機(jī)械臂坐標(biāo)下對(duì)障礙物點(diǎn)云與機(jī)械臂關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行距離計(jì)算，以獲得最短距離。

當(dāng)所述最短距離小于設(shè)定安全距離時(shí)，控制機(jī)械臂使用局部規(guī)劃器，采用改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法規(guī)劃局部路徑進(jìn)行實(shí)時(shí)避障；

步驟五：通過改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行局部路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)避障；實(shí)時(shí)確定機(jī)械臂末端與目標(biāo)點(diǎn)的距離與位置向量，根據(jù)機(jī)械臂末端與目標(biāo)點(diǎn)的距離與位置向量確定目標(biāo)點(diǎn)對(duì)機(jī)械臂末端的吸引力大小；

步驟六：對(duì)機(jī)械臂末端引入一個(gè)指引力，該指引力在機(jī)械臂陷入局部最小值時(shí)使其運(yùn)動(dòng)進(jìn)入下一位置進(jìn)行重新規(guī)劃；

步驟七：在局部路徑規(guī)劃中引入預(yù)規(guī)劃?rùn)C(jī)制；

步驟八：在局部路徑規(guī)劃中加入跟隨機(jī)制。