[发明专利]基于臂形角区间的冗余自由度机械臂运动规划及评价方法

摘要

本发明公开了一种基于臂形角区间的冗余自由度机械臂运动规划及评价方法，该方法采用臂形角参数来描述冗余自由度机械臂的自运动，在关节位置级上显式地应用自运动特性。通过求避关节极限的臂形角空间和避障碍物的臂形角空间，并求两空间交集。若交集不为空集，将此交集中的任意值带入运动学逆解模型，得到在给定机械臂末端位姿下避关节极限且避障碍物的所有可行的机械臂运动学逆解。在所规划的工作空间进行采样，并对采样点进行评价，以提高运动规划的效率和精度，使优化规划的路径更符合人的手臂运动形态。本发明通过先求解避关节极限和避障碍极限交集，得出给定末端执行器位姿下避关节极限并且避障碍物的所有可行逆解，再进行运动规划的方法，排除了大量冗余解，方法简单、高效率、高精度，可实现在线实时运动规划。

主权项

一种基于臂形角区间的冗余自由度机械臂运动规划及评价方法，其特征在于：该方法具体内容包括如下步骤：步骤1：采用D‑H法建立坐标系，将7R机械臂基座的前三个关节坐标进行旋转，重合于以第三个关节坐标系原点为球心的球铰，前三个关节等效为肩关节S；同样，将7R机械臂的末端最后三个关节坐标进行旋转，重合于以第六个坐标系原点为球心的球铰，后三个关节等效成腕关节W；第四个关节等效成肘关节E；末端执行器等效成手掌T；步骤2：由给定的机械臂末端位姿，给定肩关节S、肘关节E和腕关节W的控制量，逆解求机械臂各关节角度；如果有解，设定为目标状态；如果无解，则无法对机械臂进行运动规划；步骤3：求避关节极限的臂形角空间和避障碍物的臂形角空间，并求两空间交集；若交集不为空集，将此交集上的任意值带入运动学逆解模型，得到在给定机械臂末端位姿下避关节极限且避障碍物的所有可行的机械臂运动学逆解；从而针对末端执行器位姿，对关节工作空间运动轨迹进行规划；步骤4：对所规划的关节工作空间进行采样，采用“成本收益比”指标对样点进行评价，提高运动规划效率，优化规划的路径更符合人的手臂运动形态。