[发明专利]一种机器人动态避障方法、装置和机器人

说明书

本申请实施例提供一种机器人动态避障方法、装置和机器人，该机器人动态避障方法包括：检测机器人当前与障碍物之间的最短距离，以确定机器人与障碍物各自的预测碰撞点位置；根据机器人与障碍物各自的预测碰撞点位置确定当前机器人避免碰撞的速度约束方程；基于所述速度约束方程、机器人的关节位置和关节角速度的自身约束条件对以关节角速度为优化变量、末端速度为控制目标的避障优化函数进行求解，得到关节角速度的最优解；利用所述最优解对所述机器人进行运动控制。本申请的技术方案可以使得机器人在完成动态避障的同时，尽可能地执行末端在笛卡尔空间的速度任务，还具有普适性。

技术领域

本申请涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种机器人动态避障方法、装置和机器人。

背景技术

随着机器人应用范围的扩展，机器人所处的工作环境也是多变的，在机器人的作业空间范围内，经常会出现各类静态或者动态的障碍物，如果不做处理，则很可能出现机器人与障碍物相撞，导致机器人本体或者障碍物受到伤害。虽然基于视觉设备动态监测机器人与环境的距离，能够一定程度上对碰撞进行预知，但很难实时根据动态的相对位姿对轨迹进行重新规划，而且一般的避障算法很难保证在躲避障碍物的同时保证任务的完成。

发明内容

本申请实施例提供一种机器人动态避障方法、装置和机器人，该机器人动态避障方法通过将障碍物作为机器人的运动位置约束，并结合关节位置约束、关节角速度约束来共同对避障优化问题进行求解，以保证得到的解在完成动态避障的同时，尽可能地完成末端速度任务。

本申请的实施例提供一种机器人动态避障方法，包括：

检测机器人当前与障碍物之间的最短距离，以确定所述机器人与所述障碍物各自的预测碰撞点位置；

根据所述机器人与所述障碍物各自的所述预测碰撞点位置确定当前所述机器人避免碰撞的速度约束方程；

基于所述速度约束方程、所述机器人的关节位置和关节角速度的自身约束条件对以关节角速度为优化变量、末端速度为控制目标的避障优化函数进行求解，得到所述关节角速度的最优解；

利用所述关节角速度的所述最优解对所述机器人进行运动控制。

在一些实施例中，所述根据所述机器人与所述障碍物各自的所述预测碰撞点位置确定当前所述机器人避免碰撞的速度约束方程，包括：

根据所述机器人和所述障碍物各自的所述预测碰撞点位置得到碰撞方向向量；

基于所述机器人上的预测碰撞点位置到机器人基座之间的各个关节角速度计算所述机器人上的预测碰撞点位置对应的关节末端速度；

根据所述关节末端速度在所述碰撞方向向量上的投影、所述机器人上的预测碰撞点位置和所述障碍物上的预测碰撞点位置构建得到所述机器人避免碰撞的速度约束方程。

在一些实施例中，所述机器人避免碰撞的速度约束方程的表达式为：

其中，

其中，为t时刻的所述机器人上的预测碰撞点位置；x_p为所述障碍物的预测碰撞点位置；表示所述关节末端速度在所述碰撞方向向量上的投影；||cp||为所述机器人与所述障碍物之间的最短距离；J_c为所述机器人上的预测碰撞点到机器人基座的雅克比矩阵；为所述机器人上的预测碰撞点到机器人基座之间的第i个关节角速度；T为机器人的控制指令周期。

在一些实施例中，所述基于所述速度约束方程、所述机器人的关节位置和关节角速度的自身约束条件对所述避障优化函数进行求解，之前还包括：

构建满足所述关节位置的自身约束条件的关节位置约束方程，并将所述关节位置约束方程转换为对应的关节角速度约束方程；