[发明专利]一种用于带电作业机器人抓取支线场景下的抓取位姿计算方法

说明书

本发明公开了一种用于带电作业机器人抓取支线场景下的抓取姿态计算方法，包括步骤：(1)根据抓线点位置预先划分工作空间；(2)在划分的工作空间内确定搜索范围；(3)选择抓线点所属工作空间搜索范围中心作为计算初始位姿的姿态；(4)以计算初始位姿的姿态为起始点，在抓线点所属工作空间的机械臂运动姿态的搜索范围内确定全部搜索姿态；(5)使用碰撞检测筛选确定的全部搜索位姿；(6)使用评价函数对筛选后的搜索位姿进行排序，并进行模拟规划，如果某一候选搜索位姿成功规划，则选出候选搜索位姿。本发明为带电作业机器人抓取支线场景计算作业目标位姿，指导后续运动规划，本发明搜索精度高，最优姿态判断达到1度。

技术领域

本发明涉及带电作业机器人领域，尤其涉及一种用于带电作业机器人抓取支线场景下的抓取位姿计算方法。

背景技术

带电作业机器人是一个新兴行业，带电作业机器人作业目标是在高空中使用机械臂完成电缆的主支线搭接作业，其中一个基本动作是使用机械臂去接近并抓取支线。现在机械臂执行动作的方法包括示教方法和使用逆运动学和运动规划算法的方法，目前在流水线上经常使用的示教方法主要用于固定作业场景。基于带电作业机器人在高空作业的特性，以及作业环境的复杂程度，示教方法是不可能的；而使用逆运动学和运动规划算法虽然比较灵活，但是需要知道明确的目标位姿。

在机器人几何中心建立坐标系，一旦建立了坐标系，就能用一个3X1的位置矢量给坐标系中的任何点定位。我们通常获取的抓取支线的抓线点通常就是这样一个位置矢量。然而为了使用工具去到达抓线点，只知道位置信息是不够的，我们必须描述工具到达抓线点时的姿态，位置和姿态合起来称为位姿。由于工作空间的存在，工具可能有很多可以选择的姿态。其中有些姿态可能无法规划出合适的路径到达，有些姿态可能产生碰撞，有些姿态虽然可以到达也不会产生碰撞，但是运动范围过大，也不适合选择。

对于姿态的描述，我们采用旋转角、俯仰角和偏转角的定义(又称RPY角)。RPY角来源于(航空)航海领域中方向的表示，将参考坐标系绕x轴旋转角度被称为旋转角，将参考坐标系绕y轴旋转角度被称为俯仰角，将参考坐标系绕z轴旋转角度被称为滚动角。目前关于这一姿态选择的问题尚且缺乏研究。

发明内容

发明目的：本发明针对带电作业中抓取支线的实际应用场景，提出了一种用于带电作业机器人抓取支线场景下的抓取位姿计算方法，解决抓取支线作业的目标姿态选择问题，为后续手臂的运动规划提供目标指导。

技术方案：

一种用于带电作业机器人抓取支线场景下的抓取位姿计算方法，包括步骤：

(1)根据抓线点位置预先划分机械臂的工作空间；

(2)在步骤(1)划分的工作空间内确定机械臂运动姿态的搜索范围；

(3)选择抓线点所属工作空间的机械臂运动姿态的搜索范围中心作为计算初始位姿的姿态，初始位置为抓线点位置；

(4)设定搜索步长，并设定搜索步长的预设值，以计算初始位姿的姿态为起始点，在抓线点所属工作空间的机械臂运动姿态的搜索范围内确定全部搜索姿态；全部搜索姿态和一个固定的初始位置构成了全部搜索位姿；

(5)使用碰撞检测作为约束条件筛选步骤(4)确定的全部搜索位姿，剔除发生碰撞的搜索位姿，得到候选搜索位姿；

(6)对步骤(5)处理之后的候选搜索位姿使用运动规划算法对机械臂从计算初始位姿到候选搜索位姿的路径进行模拟规划，如果某一候选搜索位姿成功规划，则跳转至第(7)步；如全部候选搜索位姿规划失败，则返回失败；

(7)以成功规划的候选搜索位姿作为新的计算初始位姿，减半搜索步长，当减半后的搜索步长减至小于等于预设值时，则将最终选出的候选搜索位姿返回；当减半后的搜索步长大于预设值时，则回到第(4)步重复执行相应操作。

步骤(1)中，根据抓线点位置预先划分工作空间具体为：