[发明专利]基于人工势场引力因子的机械臂最优避障控制方法及装置

权利要求书

1.一种基于人工势场引力因子的机械臂最优避障控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设置初始化模型位置和引力因子的初始值；

2)根据步骤1)，采用人工势场算法计算机械臂末端所受到的引力和斥力；

3)基于所述初始化模型位置及步骤2)，利用引力和斥力获得机械臂末端路径点集合；

4)获取所述机械臂末端路径点集合中的点与障碍物中心位置的最短距离及机械臂末端终止位置，并基于模型约束条件获得最短避障路径模型描述；

5)基于所述最短避障路径模型描述构建避障路径目标函数，采用最优化方法迭代求解所述避障路径目标函数的零值，获得机械臂最优路径点的集合；

所述引力因子κ_f定义为：

κ_f＝k_a/(k_a+k_b)

其中，k_a为引力势场系数，k_b为斥力势场系数。

2.根据权利要求1所述的基于人工势场引力因子的机械臂最优避障控制方法，其特征在于，所述初始化模型位置λ表示为：

λ＝{ρ₀,X_o(x,y),X_g(x,y),X_t(x,y)}

其中，ρ₀为斥力势场作用范围常数，X_o(x,y)为障碍物中心位置，X_g(x,y)为目标点位置，X_t(x,y)为机械臂末端初始位置。

3.根据权利要求1所述的基于人工势场引力因子的机械臂最优避障控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，获得的机械臂末端路径点集合P_traj表示为：

P_traj＝Γ(t,κ_f,λ)

即P_traj与t、κ_f、λ相关，其中，t为机械臂末端运动的时间，κ_f为引力因子，λ为初始化模型位置，Γ(·)为关系函数。

4.根据权利要求1所述的基于人工势场引力因子的机械臂最优避障控制方法，其特征在于，所述避障路径目标函数L(κ_f)具体为：

L(κ_f)＝f²(κ_f)+g²(κ_f)

其中，中间函数f(κ_f)、g(κ_f)由最优路径模型描述定义：d_min为机械臂末端路径点集合中的点与障碍物中心位置的最短距离，为机械臂末端终止位置，r为障碍物外接圆半径，X_g(x,y)为目标点位置。

5.一种基于人工势场引力因子的机械臂最优避障控制装置，其特征在于，包括：

初始化模块，用于获取初始化模型位置和引力因子的初始值；

人工势场求解模块，用于根据所述初始化模型位置和引力因子，采用人工势场算法计算机械臂末端所受到的引力和斥力；

路径求解器，用于根据所述初始化模型位置及人工势场求解模块获得的引力和斥力获得机械臂末端路径点集合；

最短避障路径描述模块，用于获取所述机械臂末端路径点集合中的点与障碍物中心位置的最短距离及机械臂末端终止位置，并基于模型约束条件获得最短避障路径模型描述；

最短路径求解器，基于所述最短避障路径模型描述构建避障路径目标函数，采用最优化方法迭代求解所述避障路径目标函数的零值，获得机械臂最优路径点的集合；

所述初始化模块中，引力因子κ_f定义为：

κ_f＝k_a/(k_a+k_b)

其中，k_a为引力势场系数，k_b为斥力势场系数。