[发明专利]基于DMPs和修正避障算法的机器人运动规划方法

权利要求书

1.基于DMPs和修正避障算法的机器人运动规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

采用动态运动基元DMPs方法为所述机器人的机械臂规划出一条从起始位置到目标位置的无障碍路径作为期望轨迹；

将修正的避障算法作为耦合项添加到DMPs二阶系统中用于生成避障轨迹，利用生成的所述避障轨迹作为机器人的运动轨迹；

所述修正的避障算法为：A改进的转向行为法，

或者B改进的转向行为法和动态逼近法的组合，

或者C改进的转向行为法、动态逼近法和动态避障法的组合；

A：所述修正的避障算法为改进的转向行为法，所述将修正的避障算法作为耦合项添加到DMPs二阶系统中用于生成避障轨迹，具体为：

所述改进的转向行为法计算第一组成项C₁：

其中：γ为预先设定的一个正常数；V表示机械臂末端执行器的速度；|d|＝|X-X₀|表示机械臂末端执行器与障碍物之间的欧氏距离；X表示机械臂末端执行器的位置；X_O表示障碍物的位置；R∈SO(3)是一个绕着V×(X_O-X)轴旋转的旋转矩阵；μ和η分别表示影响距离和角度的正常数因子；方向角θ是由V和X_O-X共同确定的：

采用所述第一组成项C₁作为耦合项添加到DMPs二阶系统中；

B：所述修正的避障算法为改进的转向行为法和动态逼近法的组合，所述将修正的避障算法作为耦合项添加到DMPs二阶系统中用于生成避障轨迹，具体为：

所述改进的转向行为法计算第一组成项C₁：

其中：γ为预先设定的一个正常数；V表示机械臂末端执行器的速度；|d|＝|X-X_O|表示机械臂末端执行器与障碍物之间的欧氏距离；X表示机械臂末端执行器的位置；X_O表示障碍物的位置；R∈SO(3)是一个绕着V×(X_O-X)轴旋转的旋转矩阵；μ和η分别表示影响距离和角度的正常数因子；方向角θ是由V和X_O-X共同确定的：

所述动态逼近法计算第二组成项C₂：

其中：

|Δx|＝|X_d-X|

其中：表示当前速度方向和期望速度方向之间的角度；|Δx|表示当前轨迹与期望轨迹之间的欧氏距离；V_d表示在无障碍情况下利用DMPs得到的期望轨迹的速度；X_d表示在无障碍情况下利用DMPs得到的期望轨迹的位置；μ′和ρ分别表示影响距离和角度的正常数因子；

将所述第一组成项C₁与所述第二组成项C₂作为耦合项C添加到DMPs二阶系统中：

C：所述修正的避障算法为改进的转向行为法、动态逼近法和动态避障法的组合，所述将修正的避障算法作为耦合项添加到DMPs二阶系统中用于生成避障轨迹，具体为：

所述改进的转向行为法计算第一组成项C₁：

其中：γ为预先设定的一个正常数；V表示机械臂末端执行器的速度；|d|＝|X-X_O|表示机械臂末端执行器与障碍物之间的欧氏距离；X表示机械臂末端执行器的位置；X_O表示障碍物的位置；R∈SO(3)是一个绕着V×(X_O-X)轴旋转的旋转矩阵；μ和η分别表示影响距离和角度的正常数因子；方向角θ是由V和X_O-X共同确定的：

所述动态逼近法计算第二组成项C₂：

其中：

|Δx|＝|X_d-X|

其中：表示当前速度方向和期望速度方向之间的角度；|Δx|表示当前轨迹与期望轨迹之间的欧氏距离；V_d表示在无障碍情况下利用DMPs得到的期望轨迹的速度；X_d表示在无障碍情况下利用DMPs得到的期望轨迹的位置；μ′和ρ分别表示影响距离和角度的正常数因子；

所述动态避障法为：

V_relative＝V-V_o；

其中，V_relative表示机械臂末端执行器与障碍物之间的相对速度，V_o表示障碍物的速度，利用V_relative代替C₁-C₂公式中的V，得到耦合项C为：