基于环境吸引域的机器手抓取策略规划方法技术

本发明专利技术提供了一种基于环境吸引域的机器手抓取策略规划方法，包括：根据机器手的类型和待抓取工件的结构，提取机器手的模型参数和待抓取工件的模型参数；基于机器手和待抓取工件的模型参数选取存在环境吸引域的约束函数的状态变量和输出变量；基于状态变量的取值范围获取状态变量的状态值，由状态变量的状态值获取对应的输出变量的输出值；基于状态变量的状态值和输出变量的输出值确定约束函数的环境吸引域；基于约束函数的环境吸引域规划机器手抓取策略，本方法适用范围广，针对各种不同结构类型的机器手和不同尺寸的抓取对象均可使用；能快速、准确地规划出机器手的抓取策略；不依赖传感器，抓取稳定性好，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种基于环境吸引域的机器手抓取策略规 划方法。
技术介绍
随着现代制造业的快速发展，对于工业机器人的需求逐渐提升。特别地，抓取操作 是工业机器人应用的一个重要环节，实现快速可靠地抓取对于完成操作任务尤为重要。一 般地，机器人抓取操作是示教抓取方式，该方式通常通过人工经验或通过大量实验进行参 数调节实现，其泛化能力较差，并且效率较低。此外，即使引入相关图像传感信息可以完成 一定精度的定位抓取操作任务，然而此种方法的抓取策略相对缺乏稳定性，并且严重依赖 传感器精度，从而增加整体成本。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题 为了解决现有技术问题，本专利技术提供了一种基于环境吸引域的机器手抓取策略规 划方法。 (二)技术方案 本专利技术提供了一种，包括:步骤A:根 据机器手的类型和待抓取工件的结构，提取机器手的模型参数和待抓取工件的模型参数； 步骤B:基于机器手和待抓取工件的模型参数选取存在环境吸引域的约束函数的状态变量 和输出变量;步骤C:基于状态变量的取值范围获取状态变量的状态值，由状态变量的状态 值获取对应的输出变量的输出值;步骤D:基于状态变量的状态值和输出变量的输出值确定 约束函数的环境吸引域;以及步骤E:基于约束函数的环境吸引域规划机器手抓取策略。 优选地，所述步骤B具体包括:子步骤B1:定义约束函数的环境吸引域;子步骤B2: 基于机器手和待抓取工件的模型参数选取约束函数的状态变量，其中，该状态变量X的元素 包括:机器手的指间距离1、待抓取工件在水平面的投影凸多边形中心点横坐标X。和投影凸 多边形旋转角度Θ;子步骤B3:基于机器手和待抓取工件的模型参数选取约束函数的输出变 量，其中，该输出变量为机器手的第一组手指和第二组手指均接触到待抓取工件时的两组 手指间距d。 优选地，所述步骤C具体包括:子步骤Cl:设定状态变量的取值范围，并根据取值范 围得到状态变量中各个变量的取值向量，将取值向量中的元素作为状态变量的状态值;子 步骤C2:基于状态变量的状态值获取对应的输出变量输出值。 优选地，所述子步骤C1具体包括:选取指间距离1、投影凸多边形的中心点横坐标 和投影凸多边形旋转角度为Θ的取值范围，等分各个状态变量的取值区间，得到上述三个 状态变量的取值向量并记为L=、X=和Φ=，取值向量L、X和Φ中的元素为状态变量的状态值，其中的任意一组（l m，Xcn， θρ)均对应状态变量的一组状态值。 优选地，所述子步骤C2具体包括:子分步骤C2a:对于状态变量的任一组状态值，利 用迭代法计算该组状态值对应的两组手指间距;子分步骤C2b:判断迭代后的两组手指间距 是否满足第一组手指和第二组手指均接触到待抓取工件，若满足，则将其作为该组状态值 (l m，ιη，θρ)对应的输出变量输出值cU，并执行子分步骤C2c，否则，返回子分步骤C2a继续迭 代计算;子分步骤C2c:重复执行子分步骤C2a和C2b，获得所有Μ X N X P组状态值(lm，χ?，θρ) 对应的输出变量输出值cKcU d2…di…cU]，其中Ι=ΜΧΝΧΡ。 优选地，所述子分步骤C2a具体包括:对任一组状态值（lm，χ?，θρ)，设定步长h和最 大步数K，则对第k+1步，计算两组手指间距D如下： D(k+l)=D(k)-nh 其中，η是下降系数，〇<ri<l，初始值D(0)大于将第一组手指和第二组手指均接触 到待抓取工件时的两组手指间距。 优选地，所述步骤D具体包括:子步骤D1:选取状态变量中的一个变量作为固定变 量，针对该固定变量的任一个状态值，做出与该状态值共同组成状态向量的一组状态值的 其他变量的状态值和对应的输出变量输出值之间的函数图像;子步骤D2:找出函数图像的 环境吸引域，并获取该函数图像的环境吸引域最低点;子步骤D3:针对该固定变量的每一个 状态值，重复执行子步骤D1和D2,获得约束函数的环境吸引域。优选地，该子步骤D1具体包括:选取状态变量（l，Xc，0)中的指间距离1为固定变 量，针对该固定变量的任一个状态值W故出N X P组状态值（lm，xcn，θρ)与和该N X P组状态值 (1^。11，91))对应的输出变量输出值6之间的函数图像，其中11已{1小}、？已{1，？}、1已{1小\ Ρ};该子步骤D2具体包括:基于上述约束函数环境吸引域的定义，找出函数图像中的环境吸 引域，记录环境吸引域的最低点(X m，fc，dm)，如果存在多个环境吸引域，则选取最低的环境 吸引域最低点作为该函数图像的环境吸引域最低点;该子步骤D3具体包括:对指间距离1的 每一个状态值1，111[{1』}，执行子步骤01和02，找出其对应的环境吸引域的最低点仏，1^， dm)，me {1，M}，选择min{dm}并将其记为cf，并把cf对应的环境吸引域记为Ω 0,将Ω 0作为约 束函数的环境吸引域，cf对应的状态变量的状态值记为0-，χ:，θ，。 优选地，所述步骤Ε具体包括:子步骤El:将约束函数的环境吸引域对应的状态变 量的状态值作为抓取目标状态，约束函数的环境吸引域对应的区域作为初始抓取可行域； 子步骤E2:选取初始抓取可行域中任一个状态作为初始状态点，利用牛顿法规划状态转移 路径;子步骤E3:将状态转移路径中的各个状态作为抓取空间中的机器手和待抓取工件的 状态，从而得到基于环境吸引域的机器手抓取策略。 优选地，该子步骤E1具体包括:将约束函数的环境吸引域Ωο对应的状态变量的状 态值浐=0-，χΛ Θ，作为抓取目标状态，约束函数的环境吸引域Ω〇对应的区域作为初始抓 取可行域Ω%该子步骤Ε2具体包括:选取初始抓取可行域?Τ中任一个状态 作为初始状态点，利用牛顿法规划状态转移路径，状态转移路径用以下公式计算： = Χβ 其中，Η是 hessian 矩阵。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果： (1)本方法适用范围广，针对各种不同结构类型的机器手和不同尺寸的抓取对象 均可使用； (2)能快速、准确地规划出机器手的抓取策略； (3)不依赖传感器，抓取稳定性好，成本低。【附图说明】 图1为本专利技术实施例的的流程图； 图2为四根手指在水平面上的投影以及机器手坐标系的示意图； 图3为待抓取工件在机器手坐标系下的投影示意图。【具体实施方式】 为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部 分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员 所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等 于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的 方向用语，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方 向用语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。 本专利技术采用了一种，其可以针对机器 手和抓取对象的参数，通过构建约束函数，并基于环境吸引域规划出机器手的抓取策略，本 方法适用范围广，针对各种不同结构类型的机器手和不同尺寸的抓取对象均可适应，能快 速、准确地规划出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于环境吸引域的机器手抓取策略规划方法，其特征在于，包括：步骤A：根据机器手的类型和待抓取工件的结构，提取机器手的模型参数和待抓取工件的模型参数；步骤B：基于机器手和待抓取工件的模型参数选取存在环境吸引域的约束函数的状态变量和输出变量；步骤C：基于状态变量的取值范围获取状态变量的状态值，由状态变量的状态值获取对应的输出变量的输出值；步骤D：基于状态变量的状态值和输出变量的输出值确定约束函数的环境吸引域；以及步骤E：基于约束函数的环境吸引域规划机器手抓取策略。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乔红，李小青，马超，李睿，陈紫渝，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11