[发明专利]一种适用于动态环境下的机械臂路径规划方法

说明书

本发明属于三维空间中机器人路径规划以及生成技术领域，尤其涉及一种用于动态环境下的机械臂路径规划方法。包括路径规划阶段以及重新规划阶段：在路径规划阶段，根据当前的环境和目标点通过路径规划算法得到搜索树和路径点；根据上述信息用轨迹规划的方法对路径点进行插值，获得初始规划路径，完成机械臂运动控制；在重新规划阶段：根据传感器监测的情况来判断机械臂当前工况是否需要重新规划路径；当前工况被检测到阻断时，通过路径规划算法对初始路径进行修复，并将更新后的路径重新进行轨迹插值，本发明更适应于复杂动态避障问题的处理，能够有效减少待处理数据总量，进而针对复杂工况，能够持续减少路径规划的时间，同时具有极高的有效性。

技术领域

本发明属于三维空间中机器人路径规划以及生成技术领域，尤其涉及一种用于动态环境下的机械臂路径规划方法。

背景技术

在动态避障规划中，规划器需要根据更新后的环境重建或者修复路径。而动态环境类似于静态环，通常将其视为真实世界更新与规划器系统交替进行。动态避障的必要过程如下：1、在静态的环境下进行机械臂的运动规划。2、开始机械臂运动。3、更新环境信息。4、如果执行路径被监测到阻断，则规划器将重新规划或者修复当前路径以适应新的环境。5、机械臂继续运动。在机械臂执行任务时，外界传感器(如摄像头)监测其工作环境中存在运动的障碍物影响到机械臂执行路径时，如何快速地修正路径是机械臂在动态障碍物环境下进行作业规划的关键。但受不同规划方案侧重点以及数据处理效率的不同，经常难以在处理效率以及路径规划成功率上取得较好的平衡，特别是在动态避障问题上，传统方法不仅耗时良久，且难以保证路径规划的有效性，限制了机械臂等机器人的发展。

发明内容

本发明创造的目的在于，提供一种效率高于传统路径巡游方法，同时具有高有效性，同时适用于动态环境下的机械臂路径规划方法。

为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。

一种适用于动态环境下的机械臂路径规划方法，包括路径规划阶段以及重新规划阶段：

路径规划阶段，是指根据当前的环境和目标点通过路径规划算法得到搜索树和路径点；根据上述信息用轨迹规划的方法对路径点进行插值，获得初始规划路径，完成机械臂运动控制；包括如下步骤：

步骤一、基于概率统计的运动不确定性建模来预测动态障碍物运动趋势：

A1.针对移动障碍物运动速度的大小和运动方向的不确定性，设每个移动障碍物的运动速度和方向的取值范围分别表示为[v_min，v_max]和[θ_min，θ_max]，在时间周期ΔT内速度和方向保持不变，在ΔT之后，二者可能会有改变，基于此，将障碍物速度的变化量和障碍物运动角度的变化量分别用正态分布描述：

采用正态分布描述移动障碍物速度v的变化量和障碍物运动角度θ的变化量：对于i≥0，有v(i+1)＝v(i)+Δv；θ(i+1)＝θ(i)+Δθ；其中均服从正态分布：

A2.采用极大似然法构建移动障碍物Δv，Δθ的期望和方差；确定速度和方向保持不变的间周期ΔT，统计ΔT时间周期内移动障碍物运动的速度和方向信息v(i)、θ(i)，(i＝1、2......n)构建样本集；采用极大似然法构建Δv，Δθ的期望和方差对Δv有：对Δθ有：

在重新规划阶段：根据传感器监测的情况来判断机械臂当前工况是否需要重新规划路径；若当前工况被检测到阻断时，通过路径规划算法对初始路径进行修复，并将更新后的路径重新进行轨迹插值，使得机械臂能够连续平滑运行；

步骤二、初始路径预处理，具体是指：

B1按照初始规划的路径移动，当检测到初始路径被动态障碍物阻断时，删除掉被障碍物影响的无效路径点，抛弃已经经过的路径点及其分支；