[发明专利]一种多臂机器人C-空间线障碍的映射方法

说明书

本发明公开了一种多臂机器人C‑空间线障碍的映射方法，涉及机器人避障控制领域。C‑空间是一种常用的障碍物映射空间，将工作空间中的障碍物简化为点、线等模型，通过求解简化机械臂模型对应特征点、线的临界碰撞角，得到C‑空间障碍的上边界和下边界，再通过它们的并集得到障碍物在C‑空间的整个映射边界。本发明提出一种新的特征线段的C‑空间映射方法，将线段与模型的干涉位置分为四种情况进行讨论，得出相应的数学模型和临界碰撞角求解方法，并最终归纳出平面内任意线段的临界碰撞角求解方法。该方法的优势是尽可能考虑了线障碍与机械臂的所有干涉形式，降低机械臂自由空间求解的计算量，避免多臂机器人各关节之间的碰撞。

技术领域

本发明属于机器人避障控制领域，具体涉及一种多臂机器人C-空间线障碍的映射方法。

背景技术

目前在生活及医疗领域使用最多的是多臂机器人及其系统，多臂机器人的机械臂之间可以协同操作，完成更加复杂的动作，实现更加多样的功能。但是多臂机器人的路径规划控制比常见的串联型工业机器人要复杂，如何准确有效的获得机械臂的最优无障碍路径是目前研究的热点之一。

机器人构型和工作空间描述的不同，路径规划的方法也不同，但都是基于欧式空间和C-空间两种规划空间来进行的。欧式空间也被称之为机器人工作空间，该空间方法常用在串联型工业机器人的路径规划中，因为工业机器人各关节是串联在一起的，容易通过雅克比矩阵实现笛卡尔坐标系和关节坐标系的转换，但计算量比较大。多臂机器人的机械臂比较复杂，除了机械臂自身各关节之间的碰撞可能之外，还存在机械臂与机械臂之间关节的碰撞，如果采用欧式空间法，由于障碍物的存在，机械臂不能达到全部位姿，但是在C-空间中可以将机械臂的障碍位姿表示为特征点、线，将机械臂与特征点、线碰撞形成的上下临界碰撞角计算出来，求得障碍空间，补集则为自由空间。在自由空间中的点所对应的机械臂位姿，都不会与障碍发生碰撞，该方法避免了大量繁琐的计算，具有较高的计算效率。通过相应的搜索算法，就可以在自由空间内寻找连接初始位姿点和目标位姿点的无碰撞路径，跟据该路径进行运动控制。

发明内容