[发明专利]基于关节臂机器人的避碰轨迹规划方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于关节臂机器人的避碰轨迹规划方法和装置，根据作业任务要求在规定的时间之内生成候补避碰轨迹序列，考虑路径长度，关节转动总量，以及作业用时这三方面因素，从中选择最佳的避碰轨迹，从而实现自主避碰路径规划，避免在作业过程之中的人工干预。

技术领域

本发明涉及自动轨迹规划领域，特别涉及一种基于关节臂机器人的避碰轨迹规划方法和装置。

背景技术

关节臂机器人具有多自由度关节，并且借鉴人的抓取操作经验进行任务规划和命令设计,因此在对其作业环境的复杂性和执行任务所要求的精细化程度越来越高的工业领域被广泛采用。为了提高关节臂机器人的操作性能和作业水平，自主规划能力成为关节臂机器人所必备的一项基础功能，而自主规划之中最重要的一项功能就是避碰轨迹规划。传统上，避碰轨迹规划的目的是在开始配置和目标配置之间找到避免碰撞的一条轨迹。现有的研究与应用都侧重与在静态障碍物环境下关节臂的避碰轨迹的优化问题，但是这些研究与应用的关注点是避碰轨迹规划的过程必须满足预先设定的约束条件。因此，所提出的技术方案只适用于单一的简单作业任务，远远不能满足越来越复杂的多任务作业，而且需要随着作业任务的变更也必须对避碰轨迹进行重新设定。也有一些研究与应用也有提出多目标优化问题，即同时考虑总行进时间和关节能量消耗这些参数因子，建立最小化的目标函数。不过上述研究与应用之中没有通过关注的轨迹参数经标准化处理得到的函数来评价重复使用基于采样的避碰路径规划得到的轨迹从而获得最优的避碰轨迹的方法研究。因此上述的现有技术方案只适用于相对简单的作业任务，而且由于没有进行优化，其作业的综合效率不高，并且为了避免碰撞以及错误，需要在作业过程之中进行人工干预。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于关节臂机器人的避碰轨迹规划方法及装置，旨在解决现有关节臂机器人只适用于相对简单的作业任务，而且由于没有进行优化，其作业的综合效率不高，并且为了避免碰撞以及错误，需要在作业过程之中进行人工干预的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于关节臂机器人的避碰轨迹规划方法，包括：

步骤1，从任务规划器所发送的规划任务列表中选择一项任务作为当前的规划任务Task，并获取所述规划任务Task的起始位姿P_start和终止位姿P_end，以及所述规划任务Task对应的被加工对象和关节臂的参数，所述起始位姿P_start为所述规划任务Task的配置空间C的起始位坐标向量，所述终止位姿P_end为所述规划任务Task的所述配置空间C的终止位坐标向量，所述配置空间C的维度等于所述关节臂的关节数D；

步骤2，在给定的预设时间T之内，将随机产生的不同规划路径进行碰撞检测，从而产生获得M个候补避碰轨迹序列{Q_i}_{(i＝1to M)}，所述候补避碰轨迹序列{Q_i}_{(i＝1to M)}之中的每一项Q_i为从所述起始位姿P_start至所述终止位姿P_end的N 个路径点所构成的向量[P₁，P₂，…，P_j－1，P_j，P_j+1，…，P_N-1，P_N]，所述 P₁为所述起始位姿P_start，所述P_N为所述终止位姿P_end，所述下标j为构成所述候补避碰轨迹Q_i的所述路径点的序列编号，所述下标j为从1至所述N的正整数，所述下标i为所述候补避碰轨迹Q_i的序列编号，即所述下标i为从1至所述M的正整数；