[发明专利]一种机器人避障方法、装置和机器人

权利要求书

1.一种机器人避障方法，其特征在于，包括：

根据障碍物的位置检测对应关节轴沿机器人末端方向的所有连杆是否存在预测碰撞点，并在存在预测碰撞点时，计算对应连杆上的所述预测碰撞点与所述障碍物之间的旋转角度，所述旋转角度作为所述对应关节轴所在关节的防碰撞角度限位；

基于所述关节的物理角度限位和所述防碰撞角度限位确定所述关节的角度约束；

根据所述机器人各个关节的所述角度约束和各个关节角速度的自身约束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最优解对所述机器人进行运动控制。

2.根据权利要求1所述的机器人避障方法，其特征在于，所述机器人为平面运动型机器人时，所述根据障碍物的位置检测对应关节轴沿机器人末端方向的所有连杆是否存在预测碰撞点，包括：

根据障碍物的位置计算所述对应关节轴到所述障碍物的距离；

在锁定所述对应关节轴沿机器人基座方向的所有关节时，以所述对应关节轴为原点、所述距离为半径，计算所述障碍物沿所述对应关节轴连接的连杆运动平面进行虚拟旋转的旋转轨迹；

当所述旋转轨迹与任意一连杆存在交点时，则确定所述交点为预测碰撞点。

3.根据权利要求1所述的机器人避障方法，其特征在于，所述机器人为空间运动型机器人时，所述根据障碍物的位置检测对应关节轴沿机器人末端方向的所有连杆是否存在预测碰撞点，包括：

根据障碍物的位置计算所述对应关节轴到所述障碍物的垂距；

对所述障碍物在平行于所述对应关节轴的方向上进行预设长度扩张以得到所述障碍物的膨胀区域；

在锁定所述对应关节轴沿机器人基座方向的所有关节时，以所述对应关节轴为原点、所述垂距为半径，计算所述膨胀区域绕所对应关节轴进行虚拟旋转的旋转轨迹；

当所述旋转轨迹与任意一连杆存在交点时，则确定所述交点为预测碰撞点。

4.根据权利要求2或3所述的机器人避障方法，其特征在于，所述计算对应连杆上的所述预测碰撞点与所述障碍物之间的旋转角度，包括：

根据所述对应关节轴到所述障碍物的所述距离或垂距、和所述预测碰撞点的位置计算所述障碍物顺时针旋转到所述预测碰撞点的第一旋转角度，所述第一旋转角度作为防碰撞角度上限；

根据所述第一旋转角度计算所述障碍物逆时针旋转到所述预测碰撞点的第二旋转角度，所述第二旋转角度作为防碰撞角度下限。

5.根据权利要求4所述的机器人避障方法，其特征在于，所述关节的物理角度限位包括所述关节的物理角度上限和物理角度下限，所述基于所述机器人对应关节的物理角度限位和所述防碰撞角度限位确定所述对应关节的角度约束，包括：

从所述物理角度上限、和当前时刻的关节角度与所述防碰撞角度上限之和中选取出最小值作为所述关节的角度约束上限；

从所述物理角度下限、和当前时刻的关节角度与所述防碰撞角度下限之差中选取出最大值作为所述关节的角度约束下限。

6.根据权利要求1所述的机器人避障方法，其特征在于，当所述障碍物存在多个的情况下，若存在至少两个的预测碰撞点，则计算每个所述预测碰撞点与所述障碍物之间的旋转角度，各组所述旋转角度作为所述对应关节轴所在关节的多个防碰撞角度限位；所述多个防碰撞角度限位用于与对应关节的所述物理角度限位确定所述对应关节的角度约束。

7.根据权利要求6所述的机器人避障方法，其特征在于，所述多个防碰撞角度限位与对应关节的所述物理角度限位按照如下规则来确定所述对应关节的角度约束：

从所述多个防碰撞角度的上限中选取出上限最小值，并从对应关节在当前时刻的关节角度与所述上限最小值之和、以及所述对应关节的物理角度上限中选取出最小值，以作为所述对应关节的角度约束的上限；

从所述多个防碰撞角度的下限中选取出下限最大值，并从对应关节在当前时刻的关节角度与所述下限最大值之差、以及所述对应关节的物理角度下限中选取出最大值，以作为所述对应关节的角度约束的下限。