[发明专利]一种基于虚拟力引导的人机协同目标抓取方法

权利要求书

1.一种基于虚拟力引导的人机协同目标抓取方法，其特征在于，将机械臂识别障碍物对目标抓取的过程分解为趋近目标点和接近目标点两个过程，包括以下步骤：

步骤1：获取障碍物、目标点的位置，以及从端机械臂末端实时位置；判断是否接近目标点，若是则执行步骤4；否则判断当前位置为趋近目标点，执行步骤2；

步骤2：构建管道形力场生成目标趋近任务的虚拟力引导，并以此引导力为依据控制机械臂按照预定义路径运动避免偏离；

步骤3：循环判断是否接近障碍物，若是则构建障碍物斥力场生成避障任务的虚拟力引导，并以此引导力结合目标趋近任务的虚拟力引导控制机械臂进行避障，然后返回步骤1判断是否接近目标点；

步骤4：构建锥形力场生成目标抓取任务的虚拟力引导，并以此引导力为依据控制机械臂到达目标位姿，对目标执行抓取任务；

其中，所述的避障任务的虚拟力引导结合目标趋近任务的虚拟力引导控制机械臂进行避障、所述的控制机械臂到达目标位姿的过程中，需要构建从端机械臂运动限制，用于减少操作者误操作的影响。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟力引导的人机协同目标抓取方法，其特征在于，所述从端机械臂末端位置由机械臂控制器获取，所述障碍物位置已知或通过工业相机采集获取，所述目标点位置通过设定获取。

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟力引导的人机协同目标抓取方法，其特征在于，所述目标趋近任务的虚拟力引导的计算公式如下：

F_c＝k_cδ(x_c)    (1)

其中，δ(x_c)表示引导力的参考方向，其计算公式为：

δ(x_c)＝x_c-s(x_c)                        (2)

其中，k_c为系数，x_c表示机械臂末端在笛卡尔空间中的坐标，s(x_c)表示预定义路径上距离x_c最近的点。

4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟力引导的人机协同目标抓取方法，其特征在于，所述避障任务的虚拟力引导的计算公式如下：

其中，n表示障碍物的个数，F_c表示目标趋近任务的虚拟力引导，F_i,rep表示第i个障碍物的斥力，其计算公式如下：

其中η_i,rep是一个斥力的增益因子，ρ_i是机械臂本体上距离障碍物最近的点，ρ_i,0是障碍物的斥力作用范围。