[发明专利]一种基于RGBD相机的上肢外骨骼机器人避障方法

权利要求书

1.一种基于RGBD相机的上肢外骨骼机器人避障方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：基于RGBD相机获取外骨骼工作空间内的三维点云图；

步骤二：通过标定信息判断RGBD相机与外骨骼机器人的位置关系并建立TF转换关系；

步骤三：根据RGBD相机得到的三维点云图和与外骨骼机器人之间的TF转换关系构建空间障碍物栅格地图；

步骤四：基于栅格地图，采用改进型人工势场算法规划避障路径。

2.如权利要求1所述的基于RGBD相机的上肢外骨骼机器人避障方法，其特征在于，所述步骤一具体流程为：将RGBD相机得到的深度图像信息进行双边滤波；通过高斯滤波将RGBD相机得到的RGB图像灰度化，用于补全深度图像不足的信息；采用双边滤波器融合深度图像和RGB图像用于得到更加完整的三维点云图。

3.如权利要求1所述的基于RGBD相机的上肢外骨骼机器人避障方法，其特征在于，基于RGBD相机得到的深度图像和RGB图像使用双边滤波器转换为三维点云图，根据三维点云图和相机与外骨骼机器人之间的TF关系经过模糊处理后构建栅格地图。

4.如权利要求1所述的基于RGBD相机的上肢外骨骼机器人避障方法，其特征在于，所述步骤四中改进型人工势场算法为：将上肢外骨骼机器人末端视为路径规划点，在目标位置附近建立虚拟引力势力场，在障碍物附近建立虚拟斥力势力场，规划点受到引力和斥力的共同作用，沿着引力和斥力的合力方向以设定步长运动。

5.当引力与斥力共线时，路径规划陷入局部最小点导致规划算法失效，故在规划算法中添加方向向量用于增添路径的记忆效应，当路径陷入局部最小点时将前一步的合力方向随机调转45°，帮助路径规划算法脱离局部最小点；当规划路径仍然与障碍物发生碰撞时，则退回上一个规划点增加引力系数并削弱斥力系数来重新得到新的规划方向。

6.根据权利要求4所述的基于RGBD相机的上肢外骨骼机器人避障方法，其特征在于，采用基于栅格地图的碰撞检测方法具体流程为障碍物的信息由基于点云形成的栅格地图提供，当机器人的末端投影与栅格地图的投影在各个方向均发生重合时则可判断外骨骼机器人与工作空间内的障碍物发生碰撞。

7.根据权利要求1所述的基于RGBD相机的上肢外骨骼机器人避障方法，其特征在于，所述的一种上肢外骨骼机器人包括一个控制基座和固定在基座两侧的七自由度机械臂，在基座上方两侧有RGBD相机，外骨骼基座内部包含有作为外骨骼动力的铅酸蓄电池供电模块，用于控制外骨骼的工控机，工控机上安装运动控制卡和数据采集卡，其中运动控制卡发送CAN信号来控制两条机械臂的运动，而数据采集卡用于采集机械臂关节编码器发送的相位信息，而RGBD相机采用USB接口进行信号传输。

8.一种上肢外骨骼机器人，其特征在于，上肢外骨骼机械臂共有两条，分布在基座两侧，每条机械臂共有七个关节，每个关节都由带有减速器和驱动电路的伺服电机单独驱动，伺服电机采用电流环、位置环和速度环进行伺服控制，关节处加入绝对位置编码器将关节位置位置发送给工控机。

9.根据权利要求7所述的上肢外骨骼机器人，其特征在于，所述每条机械臂的连杆上附带有两个臂环，臂环与连杆之间由轴承和铰链连接，使其可以在机械臂的连杆上进行自由运动，臂环与穿戴者的大臂和小臂相对固定，此外机械臂的末端带有手柄与穿戴者的腕关节固定，从而达到为穿戴者提供辅助运动的效果。