[发明专利]用于机械手的无碰撞运动规划的方法和装置

说明书

公开了用于机械手的无碰撞运动规划的方法和装置。一种用于第一机械手(14)从起始点(26)到目的地点(28)的无碰撞运动规划的方法包括以下步骤：利用全局规划器(34)反复确定第一机械手(14)到目的地点(28)的目标路径；基于全局规划器的当前目标路径，利用局部规划器(36)持续地确定第一机械手(14)的移动；以及与由全局规划器和局部规划器(34，36)进行的确定并行地执行第一机械手(14)的移动。

技术领域

本发明涉及一种用于机械手从起始点到目的地点的无碰撞运动规划的方法以及具有至少一个机械手和执行该方法的控制单元的相应装置。

背景技术

在机器人技术中，无碰撞运动规划是如下任务：为机器人或机械手找到从起始点到终点的在移动期间不与障碍物或自身发生碰撞的运动路径。例如，从DE 10 2010 007458 A1已知一种用于无碰撞移动规划的方法。

DE 10 2010 007 458 A1示出了例如用于生产工厂的具有单个机器人臂(机械手)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若干运动轴的至少一个机械手和可编程控制器，该可编程控制器通过相应地控制机器人的驱动器来在操作期间协调机器人的运动顺序。

使用接近人类的机器人需要能够以最小延迟计算无碰撞移动的运动规划方法。特别是，规划方法必须能够适应不断变化的环境，以考虑移动的障碍物。后者需要在机器人的移动期间重新规划或调整规划。

如果不能考虑或不能充分地考虑机器人的动力学，则使用例如基于动态路图(DRM)的已知全局路径规划方法难以持续地重新规划机器人的运动规划。例如，公知的全局规划器通常在最初进行路径规划时不考虑机器人动力学，并且仅在找到的路径的后续时间参数化期间考虑机器人动力学。然后监测时间参数化路径的执行以发现与移动障碍物的潜在碰撞，并且在潜在碰撞的情况下安全地停止机器人。从安全位置开始，进行新的重新规划，以便机器人可以继续其适应新条件的路径。环境中的移动障碍物导致机器人频繁停止并从而导致机器人缓慢且不自然的移动。

更有效地考虑机器人动力学的一种方法是动力学约束下的(kinodynamic)运动规划，如在“RRTx:Real-time Motion Planning/Re-planning for Environments withunpredictable obstacles”(Michael Otte)中所描述的。然而，动力学约束下的运动规划基于概率方法，概率方法具有不生成确定性轨迹的缺点，并且这样的方法所需的计算时间可能是有限的，但通常是不可预测的。然而，确定性方法例如基于DRM的方法不适于动力学约束下的运动规划。

此外，已知诸如人工势场的局部反应方法作为用于变化环境的替选方案。这些局部反应方法生成用于机器人移动的控制脉冲而不是完整的轨迹。控制脉冲优选地沿着限定的目的地的方向“推动”机器人使其远离障碍物。这些方法不区分规划和控制，但是立即对障碍物作出反应。这使得可以特别快速地对移动障碍物作出反应。然而，问题是这些基于局部优化的方法可能陷入局部最小值，因此仅限用于复杂环境中的高维机器人。

发明内容

因此，本发明的目标是在变化的环境中为机器人提供避免上述缺点的优化的运动规划。尤其地，本发明的目标是指定考虑机器人动力学并且允许持续的重新规划而不用停止或减速的运动规划。

根据本发明的一个方面，该目标通过第一机械手从起始点到目的地点的无碰撞运动规划方法来实现，该方法具有如下步骤：

-利用全局规划器反复确定所述第一机械手到目的地点的目标路径；

-基于全局规划器的当前目标路径，利用局部规划器持续确定第一机械手的移动；

-与由所述全局规划器和所述局部规划器进行的所述确定并行地执行第一机械手的移动。