[发明专利]一种基于快速行进树的机械臂动态避障控制方法在审
申请号: | 201910596415.2 | 申请日: | 2019-07-03 |
公开(公告)号: | CN110370274A | 公开(公告)日: | 2019-10-25 |
发明(设计)人: | 段桂芳;吴向东;刘振宇;谭建荣 | 申请(专利权)人: | 浙江大学 |
主分类号: | B25J9/16 | 分类号: | B25J9/16 |
代理公司: | 杭州求是专利事务所有限公司 33200 | 代理人: | 林超 |
地址: | 310058 浙江*** | 国省代码: | 浙江;33 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 机械臂 动态避障 目标关节 树结构 构形 动态障碍物 新路径 行进 机械臂运动 避障路径 场景环境 构形空间 路径信息 目标位置 有效应用 重新调整 重新规划 重新连接 随机树 样本点 障碍物 机座 算法 关节 采集 干涉 生长 重复 规划 | ||
1.一种基于快速行进树的机械臂动态避障控制方法,其特征在于包含以下步骤:
1)机械臂在具有动态障碍物的场景环境中运动,机械臂底部固定于机座上,已知机械臂运动的起始位置和目标位置,根据起始位置和目标位置,求解出机械臂的起始关节构形和目标关节构形,在关节构形空间中采集不与障碍物发生干涉的构形作为样本点,关节构形空间是由机械臂的各个关节可能的构形组合而成,所有样本点组成了样本点集合V;
2)根据动态障碍物的初始位置,从目标关节构形开始采用快速随机树算法进行树的生长,获得一棵树结构及其对应的初始避障路径;
3)在机械臂从起始关节构形沿着初始避障路径运动过程中,当因动态障碍物的运动导致路径失效时,通过动态快速行进树算法对路径进行重新调整,暂停机械臂的运动,根据动态障碍物的当前位置对树结构进行调整,生成新路径,控制机械臂沿着新路径重新运动。
4)重复步骤3),直至机械臂到达目标关节构形。
2.根据权利要求1所述的一种基于快速行进树的机械臂动态避障控制方法,其特征在于:所述的步骤1)采用逆运动学算法求解出起始关节构形xinit和目标关节构形xgoal。
3.根据权利要求1所述的一种基于快速行进树的机械臂动态避障控制方法,其特征在于:所述的机械臂为用于抓取物件的六自由度工业机械臂。
4.根据权利要求1所述的一种基于快速行进树的机械臂动态避障控制方法,其特征在于:所述的步骤1)采用随机采样的方式采集一定数量的样本点构成样本点集V。
5.根据权利要求1所述的一种基于快速行进树的机械臂动态避障控制方法,其特征在于:所述步骤2)具体为:
2.1)初始化树结构τ:将起始关节构形xinit和目标关节构形xgoal加入样本点集合V,建立用于存储样本点中间状态的三个集合Vunvisited、Vopen和Vclosed,分别为未访问集合Vunvisited、活跃集合Vopen和不活跃集合Vclosed,将目标关节构形xgoal加入到活跃集合Vopen中,以目标关节构形xgoal作为树结构的根样本点,初始化将所有样本点集合V中的样本点放入未访问集合Vunvisited,将目标关节构形xgoal从未访问集合Vunvisited取出放入到活跃集合Vopen中,建立用于存储结束搜索的终止样本集合Vfinal;
2.2)选取活跃集合Vopen中到根样本点距离最小的样本点z作为第一参考样本点,距离是指样本点对应构形之间的欧拉距离,并进行以下判断:
当第一参考样本点不在终止样本集合中Vfinal时,执行步骤2.3)的操作;
当第一参考样本点在终止样本集合中Vfinal时,则根据树结构生成从起始关节构形xinit到目标关节构形xgoal的路径σ;
2.3)获得第一参考样本点的邻居点构成第一邻居点集合X,对第一邻居点集合X与未访问集合Vunvisited求交集得到第一集合Xnear,以第一集合Xnear中的一个样本点z作为处理点x,获得处理点x的邻居点构成第二邻居点集合Y,对第二邻居点集合Y与活跃集合Vopen求交集得到第二集合Ynear;再计算第二集合Ynear中到根样本点距离最小的样本点z作为第二参考样本点ymin,判断每一个处理点x与第二参考样本点ymin之间的边e是否与障碍物发生干涉;
若无干涉,则将该处理点x通过边e连接到树τ的第二参考样本点ymin上,更新计算处理点x与根样本点之间的距离c(x),将处理点x从未访问集合Vunvisited中移除并加入到活跃集合Vopen中;
若干涉,则不对处理点x进行处理;
2.4)重复上述步骤2.3)遍历完第一集合Xnear中所有的样本点z后,将第一参考样本点从活跃集合Vopen中移除到不活跃集合Vclosed,再回到步骤2.2)重复实施直到步骤2.2)中找到的第一参考样本点为起始关节构形xinit,则根据最终的树结构生成从起始关节构形xinit到目标关节构形xgoal的路径σ,作为初始避障路径。
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