[发明专利]一种多臂机器人C-空间线障碍的映射方法

摘要

本发明公开了一种多臂机器人C‑空间线障碍的映射方法，涉及机器人避障控制领域。C‑空间是一种常用的障碍物映射空间，将工作空间中的障碍物简化为点、线等模型，通过求解简化机械臂模型对应特征点、线的临界碰撞角，得到C‑空间障碍的上边界和下边界，再通过它们的并集得到障碍物在C‑空间的整个映射边界。本发明提出一种新的特征线段的C‑空间映射方法，将线段与模型的干涉位置分为四种情况进行讨论，得出相应的数学模型和临界碰撞角求解方法，并最终归纳出平面内任意线段的临界碰撞角求解方法。该方法的优势是尽可能考虑了线障碍与机械臂的所有干涉形式，降低机械臂自由空间求解的计算量，避免多臂机器人各关节之间的碰撞。

主权项

1.一种多臂机器人C‑空间线障碍的映射方法，其特征是：将工作空间中的障碍简化为特征线段P₁P₂，P₁和P₂为线段的两个端点，令其垂直于X轴，且位于第一象限；将机械臂简化为二连杆结构，分为大臂和小臂，其中大臂绕自身轴线旋转的最大距离为L₁，小臂绕自身轴线旋转的最大距离为L₂，机械臂绕其大臂自身轴线旋转的最大距离为l_max；设大臂的回转中心为原点O，以原点O为圆心，l_max为半径，做圆O_max，根据圆O_max与线段P₁P₂的位置，可分为四种干涉情况讨论，其中小臂回转中心ro₁到线段P₁P₂所在直线M的距离为d_rol，ro₁与P₁的距离为d_rop1，ro₁与P₂的距离为d_rop2，原点O与P₁距离为d_op1；分别计算出这四种情况的临界碰撞角，就可以得到基于C‑空间的线障碍映射空间；第一种情况是P₁P₂与O_max没有交点，且P₁、P₂都位于圆外，线段P₁P₂的C‑空间障碍映射为空集；第二种情况是P₁P₂与O_max有一个交点，线段P₁P₂的C‑空间障碍映射，与点P₁的C‑空间障碍映射是同样的；第三种情况是P₁P₂与O_max有一个交点，且P₁位于圆O_max内；第四种情况是P₁P₂与O_max没有交点，且P₁、P₂均位于圆内。