机械臂安全碰撞轨迹规划方法、装置、存储介质及设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种机械臂安全碰撞轨迹规划方法，通过采用五次B样条轨迹插值的方法，确立以运行时间量、运行过程中安全碰撞量两个指标为优化目标，考虑运动学约束条件中的位置、速度、加速度，利用快速非支配多目标优化算法进行多目标轨迹规划最优解求解，从而解决了经颅磁医疗机器人的机械臂运行轨迹安全性不可控、难以优化轨迹不连续和末端避障问题，以提高机器人辅助经颅磁系统的治疗效率和碰撞安全性。器人辅助经颅磁系统的治疗效率和碰撞安全性。器人辅助经颅磁系统的治疗效率和碰撞安全性。

【技术实现步骤摘要】
机械臂安全碰撞轨迹规划方法、装置、存储介质及设备


[0001]本专利技术涉及康复医疗机械臂及轨迹规划
，具体是关于一种辅助经颅磁刺激的机械臂安全碰撞轨迹规划方法、装置、存储介质及设备。

技术介绍

[0002]经颅磁刺激是一种无痛的非侵入性的大脑神经刺激方法，已被应用于临床和科研领域，在康复科、儿科(自闭症、脑瘫等)、神经心理科(精分症、抑郁症等)等各个方面都得到了应用。目前已有辅助经颅磁线圈定位的机器人系统的报道，而且相关文献已经证明机器人辅助经颅磁线圈定位的方法可以显著提高刺激精度。
[0003]在机器人轨迹规划领域，多目标优化算法经过良好的训练能够求解出多条有效解集来满足需求，并展现出极好的优化性能。然而，目前已有的机器人轨迹多目标优化领域大多以工业应用为主，优化目标因素也倾向于工业应用的机器人本体。例如，中国专利申请CN103235513A公开了一种基于遗传算法的移动机械臂轨迹规划优化方法，但该方法优化后的关节1、3的加速度仍然出现不连续的情况，容易增大机械臂关节振动，加速零件磨损。
[0004]后来也踊跃出其他多目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械臂安全碰撞轨迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：建立六轴机械臂的运动学模型，根据各个关节角度和末端执行器的位置建立六轴机械臂的正逆运动学方程，将机械臂空间坐标转化为笛卡尔坐标，进而描述关节空间坐标；基于B样条函数插值方法初步拟合出末端执行器以及机械臂各个运动关节的运动方程，将机械臂各个关节的角度、速度、加速度和动力学参数设置为优化比较对象；根据机械臂需要接触人体头部的工作任务要求，设定面向人体头部碰撞的优化目标函数集；采用快速非支配多目标优化算法，考虑机械臂运动时各关节的速度、加速度和加加速度的物理极限，对B样条曲线的时间节点进行寻优，获得Pareto非支配解集；按照不同的权重分配原则在已获得的Pareto非支配解集中选取最优解，该解描述B样条曲线时间节点以及安全碰撞损害系数，进而生成相应时间
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碰撞优化轨迹。2.根据权利要求1所述的机械臂安全碰撞轨迹规划方法，其特征在于，设定机械臂面向人体头部碰撞的优化目标函数的方法包括：设定两个优化目标：运行时间最短和碰撞损害最小，所述两个优化目标的函数为运行时间目标函数和安全接触目标函数。3.根据权利要求2所述的机械臂安全碰撞轨迹规划方法，其特征在于，设定运行时间目标函数的方法为：假设机械臂运行的一条轨迹，从起始点到终止点，一共经过n个路径点，所述n个路径点包含始末点，将n个路径点通过运动学求解与之对应每个关节空间下的n个关节角度值；设两个相邻节点的时间间隔为Δt
i
；Δt
i
为第i个节点对应的时间；因此，机械臂运行轨迹的总时间如下式所示：式中，n为路径点，i为节点的序号；Δt
i
为第i个节点对应的间隔时间；t
i+1
为第i+1节点的时间，t
i
为第i节点的时间。4.根据权利要求2所述的机械臂安全碰撞轨迹规划方法，其特征在于，设定安全接触目标函数的方法为：通过MSI来评价机械臂对头部的伤害，MSI的计算公式如下：式中，ΔT指时间间隔，g为重力加速度，I
E
表示机械臂末端等效质量，I
H
为人体头部的等效质量，v0表示碰撞发生迁移时刻机械臂末端的速度；其中，A是由碰撞动力学模型决定的常数，且按下式计算：式中，T为碰撞持续时间；ΔT指时间间隔。5.根据权利要求4所述的机械臂安全碰撞轨迹规划方法，其特征在于，设定机械臂面向人体头部碰撞的优化目标函数的方法还包括：耦合运行时间目标函数和安全接触目标函数
作为面向人体头部碰撞的优化目标函数，如下式所示：作为面向人体头部碰撞的优化目标函数，如下式所示：式中，SRT为时间最短的优化目标函数；LCD为安全接触目标函数；v
i
为第i个关节连杆末端线速度。6.根据权利要求1所述的机械臂安全碰撞轨迹规划方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：程强，郝小龙，徐文祥，黄河，张涛，刘志峰，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：