[发明专利]一种机器人避障控制方法、装置、终端设备及存储介质

说明书

本申请适用于机器人技术领域，提供一种机器人避障控制方法、装置、终端设备及存储介质，通过根据第k时刻的末端位置和关节角度及第k时刻的关节角速度，获取第k+1时刻至第k+n时刻的末端位置和关节角度；基于碰撞检测库，根据第k时刻至第k+n‑1时刻的关节角速度，构建避障函数；根据第k时刻至第k+n时刻的末端位置和关节角度及末端位置和关节角度的期望值、第k时刻至第k+n‑1时刻的关节角速度和避障函数，构建目标函数；基于非线性模型预测控制方法，对目标函数进行极小值求解，获取满足约束条件的第k+1时刻的关节角速度；根据第k+1时刻的关节角速度，对第k+1时刻机器人的末端的速度进行控制，使得机器人能够绕过障碍物并继续跟踪期望轨迹。

技术领域

本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种机器人避障控制方法、装置、终端设备及存储介质。

背景技术

通过路径规划等前置任务得到的机器人笛卡尔空间的轨迹，需要通过逆解进一步得到关节角度，从而控制机器人实现笛卡尔空间轨迹跟踪。传统的逆解包括解析解、数值解，解析解求解速度快，但是难以处理机器人的物理约束、奇异位形等，多解之间的切换一般也需要人为处理，而且很多非标准的机器人没有显式的解析解表达式；数值解虽然可以比较方便的处理约束和奇异情况，但是计算效率低，多解之间难以平滑切换，限制了机器人的可操作空间。

另一方面，机器人在非结构化环境作业时，容易发生机器人本体和外界障碍物之间的碰撞、甚至机器人自身各个连杆、或末端与连杆之间的碰撞，因此，在作业过程中，需要在无碰撞风险时准确跟踪期望轨迹，而在有碰撞风险时及时调整轨迹，避免碰撞发生。

发明内容

本申请实施例提供了一种机器人避障控制方法、装置、终端设备及存储介质，可以基于碰撞检测库，对障碍物与机器人之间、机器人各个关节之间的最短距离检测进行解析求解，并基于非线性模型预测控制方法，通过优化关节速度控制量，实现机器人与障碍物最小距离的最大化，从而实现预测式的动态避障效果，使得机器人能够实现绕过障碍物并继续跟踪期望轨迹。

本申请实施例的第一方面提供了一种机器人避障控制方法，包括：

根据第k时刻的末端位置和关节角度及第k时刻的关节角速度，获取第k+1时刻至第k+n时刻的末端位置和关节角度；

基于碰撞检测库，根据第k时刻至第k+n-1时刻的关节角速度，构建避障函数；

根据第k时刻至第k+n时刻的末端位置和关节角度、第k时刻至第k+n时刻的末端位置和关节角度的期望值及第k时刻至第k+n-1时刻的关节角速度和所述避障函数，构建目标函数；

基于非线性模型预测控制方法，对所述目标函数进行极小值求解，获取满足约束条件的第k+1时刻的关节角速度；

根据所述第k+1时刻的关节角速度，对第k+1时刻机器人的末端的速度进行控制；

其中，所述约束条件基于所述关节角速度的取值范围构建，k和n为正整数。

本申请实施例的第二方面提供了一种机器人避障控制装置，包括：

状态量获取单元，用于根据第k时刻的末端位置和关节角度及第k时刻的关节角速度，获取第k+1时刻至第k+n时刻的末端位置和关节角度；

避障函数构建单元，用于基于碰撞检测库，根据第k时刻至第k+n-1时刻的关节角速度，构建避障函数；

目标函数构建单元，用于根据第k时刻至第k+n时刻的末端位置和关节角度、第k时刻至第k+n时刻的末端位置和关节角度的期望值及第k时刻至第k+n-1时刻的关节角速度和所述避障函数，构建目标函数；

输入量获取单元，用于基于非线性模型预测控制方法，对所述目标函数进行极小值求解，获取满足约束条件的第k+1时刻的关节角速度；