[发明专利]一种手套箱封闭空间内机械臂的运动规划方法有效

专利信息
申请号: 201911363088.2 申请日: 2019-12-26
公开(公告)号: CN110919661B 公开(公告)日: 2022-11-22
发明(设计)人: 刘金国;佟玉闯;刘晓源 申请(专利权)人: 中国科学院沈阳自动化研究所
主分类号: B25J9/16 分类号: B25J9/16
代理公司: 沈阳科苑专利商标代理有限公司 21002 代理人: 王倩
地址: 110016 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 手套 封闭 空间 机械 运动 规划 方法
【权利要求书】:

1.一种手套箱封闭空间内机械臂的运动规划方法,其特征在于:

判断环境中是否有障碍物;

如果无障碍物,采用基于IB-RRT算法的路径规划方法进行路径规划;

所述采用基于IB-RRT算法的路径规划方法进行路径规划,包含如下步骤:

1)用双向搜索策略搜出一条路径;

2)根据路径直接以随机点为新节点进行局部优化处理;

3)对于优化后的路径,根据两颗树距离选择最优树;

4)对最优树上的节点基于三角不等式进行优化,包括以下步骤:

步骤7-1:对于最优树上的相邻的三个节点X1,X2,X3,||X2-X1||+||X3-X2||>||X3-X1||;当X1到X3的路径可行即机械臂与障碍物无碰撞,则直接连接X1到X3的路径,跳过X2,这样X1到X3的路径代价小于之前的路径代价;

步骤7-2:对最优树上的每相邻三个节点进行一次步骤7-1的优化,直到优化前后的路径节点个数没有变化;

5)基于贝塞尔曲线扩展得到最终的路径;

如果有障碍物,采用冗余机械臂运动学避障方法进行路径规划;

所述采用冗余机械臂运动学避障方法进行路径规划,包含如下步骤:

(1)对机械臂进行碰撞检测;

(2)对机械臂梯度投影法求解附加运动的最优解;

(3)使用附加背离速度法避障算法得到含有机械臂主运动和附加运动的最终解;

(4)进行障碍物避障。

2.根据权利要求1所述的一种手套箱封闭空间内机械臂的运动规划方法,其特征在于:所述用双向搜索策略搜出一条路径,包括以下步骤:

首先用初始构形x_start初始化搜索树T,从起始构形x_start目标构形x_goal构造两棵树;然后执行Extend_Tree(T)扩展函数,并判断扩展函数是否返回状态Reached;如果返回Reached状态,扩展过程中有一节点落在了目标区域,则停止循环并返回搜索树T;如果返回Trapped状态,则继续循环,直到达到循环次数的上限。

3.根据权利要求1所述的一种手套箱封闭空间内机械臂的运动规划方法,其特征在于:所述根据路径直接以随机点为新节点进行局部优化处理,包括以下步骤:

Cost(x)表示在已经扩展的树中,从起始点到x点的路径代价;Line(X1,X2)表示通过直线连接X1,X2的路径代价;X1,X2分别表示路径中直接随机生成的新节点;

5-1:碰撞检测:给定点x,x'∈X,{Y:y∈Y,y=x+t·(x'-x),t∈[0,1]},其中,点x,x'为产生的新节点中的随机点,X为产生的新节点的集合,Y为随机点x,x'所连线段上的任意点的集合,t为Y中的点在x,x'所连线段上分割出的两条线段的比例;如果Xfree为在障碍物外的点的集合,也成为自由空间,则函数CollisionFree(x,x')返回值True,即无碰撞;否则,返回值False,即有碰撞;

5-2:从新节点x_new的相邻节点x_near中,寻找使Cost(x_new)最小的节点作为x_new的父节点;

5-3:如果经过新节点x_new到相邻节点x_near的路径代价小于节点x_near之前的路径代价,则将x_near的父节点改为节点x_new。

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