[发明专利]用于无碰撞运动规划的方法

说明书

一种用于对第一工作空间(16)中的第一操纵器(12)和第二工作空间(18)中的第二操纵器(14)进行无碰撞运动规划的方法(100)，其中，第一工作空间和第二工作空间(16，18)至少部分地交叠。该方法包括：读入用于第一操纵器(12)的第一构形空间的第一动态路线图(22)，其中，第一动态路线图(22)包括第一搜索图和第一工作空间(16)与第一搜索图之间的第一映射；读入用于第二操纵器(14)的第二构形空间的第二动态路线图(28)，其中，第二动态路线图(28)包括第二搜索图和第二工作空间(18)与第二搜索图之间的第二映射；以及基于第一动态路线图(22)和第二动态路线图(28)来协调第一操纵器(12)和第二操纵器(14)的运动。

本发明涉及用于对第一工作空间中的第一操纵器和第二工作空间中的第二操纵器进行无碰撞运动规划的方法以及对应的装置。

在机器人学中，无碰撞运动规划是这样的任务：为机器人或其操纵器找到从起点到终点且在运动期间不与障碍物或自身发生碰撞的运动路径。例如，根据DE 10 2010 007458 A1已知了一种用于无碰撞运动规划的方法。

DE 10 2010 007 458 A1公开了对于具有例如在现代生产系统中使用的单个机器人臂(操纵器)的工业机器人的无碰撞运动规划。工业机器人是用于处理、组装或加工工件的工作机器。工业机器人通常包括具有多个运动轴的至少一个操纵器以及可编程控制器，该可编程控制器通过相应地控制机器人的驱动器来协调机器人在操作期间的运动顺序。

除了这些常见的单臂机器人之外，具有两个或更多个臂的机器人也日渐成为研究的焦点。由于与人类的相似性，双臂机器人不仅是人形机器人的优选设计，也是遥控机器人领域中的机器人的优选设计，在遥控机器人领域中，由人类操作者远程地控制机器人。此外，工业中的许多工作场所最初是为人类设计的，并且因此也是为双手操作设计的。

对多臂机器人进行运动规划的目标基本上与单臂机器人相同，即，为每个臂找到从起点到终点且不与工作空间中的障碍物(包括自身)或其他臂碰撞的运动路径。原则上，因此可以将用于对单臂机器人进行运动规划的已知方法也用于多臂机器人，由此，其他臂被认为是工作空间中的另一动态障碍物。然后使用熟悉的运动规划方法在公共构形空间中进行规划。公知的方法包括概率方法，例如，概率路线图(PRM)或快速探索随机树(RRT)。

此外，还已知解耦方法，在该解耦方法中，首先单独规划每个臂的运动，然后进行一种协调。单独的规划也基于诸如上面提到的概率方法的已知方法。解耦方法在单独的臂之间几乎没有交互的系统中特别有利。

在用于多臂机器人的运动规划的已知耦接和解耦方法中，主要使用概率规划方法或基于局部优化的方法。然而，概率方法的缺点在于其无法生成确定性轨迹，而且这些方法所需的计算时间虽然可能是有限的但通常不可预测。基于局部优化的方法的缺点在于其无法在复杂环境中找到解决方案。

在此背景下，本发明的目的是指明一种避免了上面提到的缺点的用于为多臂机器人系统进行无碰撞运动规划的替选方法。特别地，目的是指明一种允许在动态改变的环境中快速确定性地重新规划无碰撞运动的方法。

根据本发明的一方面，该目的通过开头提及的那种方法来解决，该方法包括以下步骤：

-导入用于第一操纵器的第一构形空间的第一动态路线图，其中，第一动态路线图包括第一搜索图和第一工作空间与第一搜索图之间的第一映射；

-导入用于第二操纵器的第二构形空间的第二动态路线图，其中，第二动态路线图包括第二搜索图和第二工作空间与第二搜索图之间的第二映射；以及

-基于第一动态路线图和第二动态路线图来协调第一操纵器和第二操纵器的运动。

因此，本发明的构思是基于用于各个操纵器的两个独立的动态路线图来执行运动规划。