[發明專利]一種繩驅連續型機器人快速運動規劃系統

有效

• 申請號: 202310389963.4
• 申請日: 2023-04-13
• 公開（公告）號: CN116252303B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 王子琪;郝江浩
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/10
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理有限公司 11562
• 代理人: 陳月霞

本發明公開一種繩驅連續型機器人快速運動規劃系統，包括：終止參數定義模塊、繩長向量定義模塊、繩長距離計算模塊、軌跡優化模塊；終止參數定義模塊基于機器人起始關節參數，確定終止關節參數；繩長向量定義模塊基于起始關節參數和終止關節參數定義起始關節和終止關節對應繩長向量；繩長距離計算模塊基于起始關節對應繩長向量與終止關節對應繩長向量計算繩長距離；軌跡優化模塊基于參數正交化將繩長距離轉化為空間距離；并基于空間距離獲得最優軌跡。本發明可以為繩驅連續型機器人規劃全局繩長最短路徑，節約繩驅連續型機器人工作能耗；將末端電機轉角優化問題轉化為關節空間優化，簡化繩驅連續型機器人多重空間之間的復雜映射問題。

技術領域

本發明屬于機器人軌跡規劃技術領域，具體涉及一種繩驅連續型機器人快速運動規劃系統。

背景技術

繩驅連續型機器人由于具有高集成度和良好的環境適應性，在執行面向復雜環境的任務時具有天然優勢，但目前仍然存在部分技術難題亟待解決。繩驅連續型機器人運動學規劃方法不同于移動機器人。移動機器人在進行規劃的時可以將機器人抽象為一個點，在笛卡爾空間內規劃出一條從初始位置到目標重點的避障路徑。而對于連續型機器人，由于在作業過程中需要保持整臂避障且連續型機器人臂形可以進行豐富變換，因此在規劃時無法簡單的抽象為單點。2010年Xiao等人針對平面連續型機器人提出了一種快速規劃算法，并在樣機上完成了物體抓取實驗，證明了規劃算法的可行性。2014年Palmer等人提出了一種基于路徑跟隨的蛇形機器人運動規劃算法，并給出了一種創建目標函數的高效方法。但是，Xiao等人提出的方法僅適用于平面連續型機器人。Palmer提出的方法適用于電機驅動的關節式蛇形機器人。

對于連續型機器人，軌跡優化存在兩個主要的難點：第一是由于機器人的連續型性，終止末端位姿往往對應關節空間中的一個流形，需要在流形上確定期望的機器人關節參數；第二是在確定的機器人初始關節參數與機器人終止關節參數間尋找最優軌跡。但是由于連續型機器人的運動學模型是非線性的，所以問題會轉化為求解一個HJB方程，往往需要利用近似動態規劃的工具求解。

發明內容

本發明旨在針對現有技術中存在的不足，提出一種繩驅連續型機器人的快速運動規劃系統用于對繩驅連續型機器人全局繩長軌跡進行優化。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種繩驅連續型機器人快速運動規劃系統，包括：

終止參數定義模塊、繩長向量定義模塊、繩長距離計算模塊、軌跡優化模塊；

所述終止參數定義模塊用于基于機器人起始關節參數，確定終止關節參數；

所述繩長向量定義模塊用于基于所述起始關節參數和所述終止關節參數定義起始關節對應繩長向量和終止關節對應繩長向量；

所述繩長距離計算模塊用于基于所述起始關節對應繩長向量與所述終止關節對應繩長向量計算繩長距離；

所述軌跡優化模塊用于基于參數正交化將所述繩長距離轉化為空間距離；并基于所述空間距離獲得最優軌跡。

優選地，所述終止參數定義模塊確定所述終止關節參數方法包括：

將笛卡爾坐標系下的機器人末端執行器的目標位姿通過逆運動學映射到機器人關節的廣義空間中，確定機器人的所述終止關節參數。

優選地，所述繩長距離計算模塊計算所述繩長距離的方法包括：

利用所述起始關節對應繩長向量和所述終止關節對應繩長向量的二范數定義關節參數空間的距離為所述繩長距離；

所述繩長距離包括：