[发明专利]基于人工势场法的工业机器人安全避障方法

说明书

本发明提供了一种基于人工势场法的工业机器人安全避障方法，本发明通过对工业机器人受到的引力势能函数与斥力势能函数进行改进，解决了人工势场法存在的目标不可达缺陷；同时，通过联立RRT算法向目标点方向构造虚拟目标点，帮助工业机器人逃离局部极小点。本发明所述的算法可以在障碍物环境下快速搜寻到一条无碰撞工作路径，保证工业机器人与障碍物的安全。

技术领域

本发明涉及一种基于人工势场法的工业机器人安全避障方法。

背景技术

在传统的工业领域中，使用工业机器人来完成机械、重复、危险的工作一直是普遍生产方式。当有碍物进入工业机器人的工作环境并参与其工作任务时，对工业机器人进行路径规划，保证工业机器人与障碍物的安全，生产安全顺利完成，是必不可少的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于人工势场法的工业机器人安全避障方法。

为解决上述问题，本发明提供一种基于人工势场法的工业机器人安全避障方法，包括：采用改进的人工势场法，避免工业机器人在运动过程中出现目标不可达现象，在含有障碍物的工作环境中为所述工业机器人规划出一条从起始点到目标点的安全路径，并判断工业机器人是否陷入局部极小点，

若工业机器人陷入局部极小点，则通过RRT算法添加虚拟目标点，使工业机器人逃离局部极小点，并继续向目标点运动。

进一步的，在上述方法中，采用改进的人工势场法，避免工业机器人在运动过程中出现目标不可达现象，在含有障碍物的工作环境中为所述工业机器人规划出一条从起始点到目标点的安全路径，并判断工业机器人是否陷入局部极小点，包括：

步骤1：选取关节空间用以搜索路径，确定所述工业机器人的起始位姿和最终目标点位姿，通过传感器搜寻障碍物的位置并构建相应包围盒；

步骤2：依据当前关节角组合θ搜索相邻的关节角组合，所述相邻的关节角组合取(θ-λ，θ，θ+λ)中的一种情况，其中，λ为搜索步长；

步骤3：求解所有关节角组合对应的工业机器人的关节点与末端点位置；

步骤4：舍弃工业机器人与障碍物发生碰撞的各对应的关节角组合，选取工业机器人未发生碰撞的各对应的关节角组合，并计算未发生碰撞时工业机器人的各连杆与障碍物的最短距离，以及工业机器人的末端点和目标点之间的距离；

步骤5-1：所述改进的人工势场法中，目标点对于工业机器人的引力势函数如下：

式中，k_a为引力势函数系数，X为工业机器人的末端点位置，X_g为目标点位置，k_θ为关节角距离系数，θ_i为工业机器人当前各关节角度，θ_i+1为工业机器人下一状态各关节角度，θ_i-1为工业机器人上一状态各关节角度；

步骤5-2：所述改进的人工势场法中，工业机器人的各连杆所受斥力势函数如下：

式中，k_r为斥力势函数系数，d_n为工业机器人的各个连杆和障碍物之间的最短距离，d₀是障碍物斥力的影响范围，d_safe是障碍物安全距离，当机器人与障碍物的距离小于d_safe时，直接认为斥力势场无穷大；

步骤5-3：所述工业机器人所受总的斥力势函数为：

式中，N表示工业机器人的连杆数量；

步骤5-4：所述述工业机器人所受的总势能为：