[发明专利]一种基于快速行进树的机械臂动态避障控制方法

说明书

本发明公开了一种基于快速行进树的机械臂动态避障控制方法。机械臂在具有动态障碍物的场景环境中运动，机械臂底部固定于机座上，根据机械臂运动的起始位置和目标位置解出起始和目标关节构形，在关节构形空间中采集样本点；从目标关节构形开始采用快速随机树算法进行树的生长，获得一棵树结构及其初始避障路径；运动中对路径进行重新调整，暂停机械臂的运动，根据动态障碍物的当前位置对树结构进行调整生成新路径，控制机械臂沿着新路径重新运动；重复步骤直至机械臂到达目标关节构形。本发明方法利用了障碍物发生干涉前的路径信息，对树结构进行分离与重新连接，加快动态避障过程中重新规划路径的速度，能有效应用与机械臂的动态避障规划。

技术领域

本发明属于机器人运动规划领域，涉及了一种基于快速行进树的六自由度工业机械臂动态避障控制方法，适用于具有可移动障碍物的机械臂作业环境的动态避障控制。

背景技术

工业机械臂是一种模仿人手臂动作的自动操作装置，作为工业机器人的一个分支，其具有通用性强、运动灵活、避障能力强、易于控制等优点，因而被广泛应用于搬运、焊接、喷涂、切割等领域。工业机械臂不仅将人类从危险、重复的工作中解放出来，而且推动了生产力的发展，提高了社会生产水平。

通常，工业机械臂的工作场景并不是自由的空间，而是包含较多障碍物的约束空间，因此在含障碍物约束的空间进行路径规划一直是学者们研究的热点，避障规划技术作为其中的关键技术，其效果的好坏直接影响着机械臂的控制效果。随着生产需求的扩大和应用场景的复杂化，工作场景中经常会含有一些运动的障碍物，这对工业机械臂的作业规划提出了更高的需求，即要求机械臂在执行任务的同时不与环境中运动的障碍物发生碰撞，一方面传统的静态规划算法无法解决现有问题，另一方面目前对于机械臂的动态避障规划研究还比较少。相比静态环境下的避障规划，动态环境下的避障规划对算法的实时性要求更高，对于六自由度机械臂的动态避障规划，规划空间较大、大量的在线的碰撞检测等成为限制算法规划效率的瓶颈，如何根据障碍物的运动情况及时调整避障规划路径，是实现机械臂在动态障碍物环境中安全作业的关键。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出一种基于快速行进树的动态避障控制方法，能够有效解决六自由度机械臂在含有动态障碍物环境中的避障规划问题，并且通过检验验证了方法的有效性，为机械臂动态避障规划提供了一种新的处理控制方式。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是包括以下步骤：

1)机械臂在具有动态障碍物的场景环境中运动，机械臂底部固定于机座上，已知机械臂运动的起始位置和目标位置，根据起始位置和目标位置，求解出机械臂的起始关节构形和目标关节构形，在关节构形空间中采集不与障碍物发生干涉的构形作为样本点，关节构形空间是由机械臂的各个关节可能的构形组合而成，所有样本点组成了样本点集合V；

2)根据动态障碍物的初始位置，从目标关节构形开始采用快速随机树算法进行树的生长，获得一棵树结构及其对应的初始避障路径；

3)在机械臂从起始关节构形沿着初始避障路径运动过程中，当因动态障碍物的运动导致路径失效时，通过动态快速行进树算法对路径进行重新调整，暂停机械臂的运动，根据动态障碍物的当前位置对树结构进行重新调整，生成新路径，控制机械臂沿着新路径重新运动。

4)重复步骤3)，直至机械臂到达目标关节构形。

所述的步骤1)采用逆运动学算法求解出起始关节构形x_init和目标关节构形x_goal。

所述的机械臂为用于抓取物件的六自由度工业机械臂。

所述的步骤1)采用随机采样的方式采集一定数量的样本点构成样本点集V。

所述步骤2)具体为：