机械臂避障动作规划方法技术

本申请涉及机械臂避障动作规划方法

【技术实现步骤摘要】
机械臂避障动作规划方法、装置和计算机设备


[0001]本申请涉及机械臂避障
，特别是涉及一种机械臂避障动作规划方法
、
装置和计算机设备
。

技术介绍

[0002]随着机械臂应用领域的不断扩大，其在多机协同
、
人机协作等动态环境中的避障功能变得尤为重要
。
机械臂避障是指在复杂的环境中，通过提前规划获得一条能够使机械臂绕开障碍物而不发生碰撞的合理路径
。
[0003]目前，针对机械臂的动作规划算法关注点是针对某一具体的任务目标，使得如何规划机械臂的动作，从而控制机械臂实现该任务目标
。
现有技术忽略了机械臂在起始姿态和目标姿态之间的过渡姿态的规划
。
在机械臂从起始姿态运动至目标姿态的过程中，机械臂可能与环境中的障碍物发生碰撞，从而影响最终目标姿态的达成，甚至会对机械臂本体造成不可逆的破坏
。

技术实现思路

[0004]基于此，本申请目的在于提供一种能准确得到目标动作轨迹的机械臂避障动作规划方法
、
装置和计算机设备，来解决机械臂可能与环境中的障碍物发生碰撞的技术问题
。
[0005]第一方面，本申请提供了一种机械臂避障动作规划方法
。
包括：根据预设的初始动作姿态和最终动作姿态，确定机械臂的初始动作轨迹；对按照所述初始动作轨迹运动的所述机械臂进行碰撞检测，得到碰撞结果；所述碰撞结果包括碰撞函数；确定所述碰撞函数对应的第一梯度，并确定所述初始动作轨迹对应的平滑函数的第二梯度；通过所述第一梯度和所述第二梯度，对所述初始动作轨迹进行轨迹修正，得到目标动作轨迹
。
[0006]在一个实施例中，在所述根据预设的初始动作姿态和最终动作姿态，确定机械臂的初始动作轨迹之前，还包括：确定所述机械臂在所述初始动作姿态时，是否与环境中的障碍物发生碰撞；若否，则通过关节逆解算法，确定所述机械臂实现目标任务时所对应的最终动作姿态；上述方法还包括：若所述机械臂在所述最终动作姿态时，未与所述障碍物发生碰撞，则根据预设的初始动作姿态和最终动作姿态，确定机械臂的初始动作轨迹
。
[0007]在一个实施例中，所述根据预设的初始动作姿态和最终动作姿态，确定机械臂的初始动作轨迹，包括：在所述初始动作姿态和所述最终动作姿态之间进行线性插补，得到每个所述关节的插补动作姿态；综合每个所述关节的插补动作姿态，得到所述机械臂的初始动作轨迹
。
[0008]在一个实施例中，所述在所述初始动作姿态和所述最终动作姿态之间进行线性插补，得到每个所述关节的插补动作姿态包括：确定所述机械臂在所述初始动作姿态和所述
最终动作姿态之间，变化幅度最大的关节的目标变化量
、
以及允许关节运动的最大步长；根据所述目标变化量和所述最大步长，确定需要插补的动作姿态个数；通过所述动作姿态个数，确定每个所述关节从所述初始动作姿态开始的多个插补动作姿态
。
[0009]在一个实施例中，对按照所述初始动作轨迹运动的所述机械臂进行碰撞检测，得到碰撞结果，包括：确定所述机械臂中的每个关节运动在不同时刻的多个动作姿态
、
以及任意两个所述动作姿态之间的过渡姿态；获取障碍物的第一几何模型和每个所述关节的第二几何模型；根据所述第一几何模型和所述第二几何模型，确定每个所述关节对应的多个动作姿态
、
过渡姿态与障碍物之间的碰撞结果
。
[0010]在一个实施例中，根据所述第一几何模型和所述第二几何模型，确定每个所述关节对应的多个动作姿态
、
过渡姿态与障碍物之间的碰撞结果，包括：根据所述第一几何模型和所述第二几何模型，确定每个所述关节与障碍物没有发生碰撞时，所述关节与所述障碍物之间的最近距离
、
以及确定每个所述关节与所述障碍物发生了碰撞时，所述关节与所述障碍物之间的穿透距离；根据所述最近距离和所述穿透距离，构建所述机械臂对应的目标函数；确定每个所述关节所处的所述动作姿态与所述障碍物的碰撞检测时获得的检测信息
、
以及得到所述过渡姿态时的关节速度；根据所述目标函数
、
所述检测信息和所述关节速度，构建所述机械臂对应的碰撞函数
。
[0011]在一个实施例中，确定所述碰撞函数对应的第一梯度，包括：通过有限差分法确定出所述目标函数的函数梯度，并确定每个所述关节的中心点沿着所述初始动作轨迹运动时的曲率向量；根据所述函数梯度和所述曲率向量，确定所述碰撞函数对应的第一梯度
。
[0012]在一个实施例中，通过所述第一梯度和所述第二梯度，对所述初始动作轨迹进行轨迹修正，得到目标动作轨迹，包括：获取预设的第一学习率和第二学习率；根据所述第一学习率和所述第一梯度，得到所述机械臂中每个关节的第一变化量
、
以及根据所述第二学习率和所述第二梯度，得到所述机械臂中每个关节的第二变化量；将所述关节的第一变化量与对应的所述关节的关节值进行初步叠加，得到修正后的初始动作轨迹；将所述关节的第二变化量与修正后的初始动作轨迹上的所述关节的关节值进行再次叠加，得到目标动作轨迹
。
[0013]第二方面，本申请还提供了一种机械臂避障动作规划装置
。
包括：初始动作轨迹确定模块，用于根据预设的初始动作姿态和最终动作姿态，确定机械臂的初始动作轨迹；碰撞结果确定模块，用于对按照所述初始动作轨迹运动的所述机械臂进行碰撞检测，得到碰撞结果；所述碰撞结果包括碰撞函数；目标动作轨迹确定模块，用于确定所述碰撞函数对应的第一梯度，并确定所述初始动作轨迹对应的平滑函数的第二梯度；通过所述第一梯度和所述第二梯度，对所述初始动作轨迹进行轨迹修正，得到目标动作轨迹
。
[0014]第三方面，本申请还提供了一种计算机设备
。
所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：根据预设的初始动作姿态和最终动作姿态，确定机械臂的初始动作轨迹；对按照所述初始动作轨迹运动的所述机械臂进行碰撞检测，得到碰撞结果；所述碰撞结果包括碰撞函数；
确定所述碰撞函数对应的第一梯度，并确定所述初始动作轨迹对应的平滑函数的第二梯度；通过所述第一梯度和所述第二梯度，对所述初始动作轨迹进行轨迹修正，得到目标动作轨迹
。
[0015]上述机械臂避障动作规划方法
、
装置和计算机设备，通过根据预设的初始动作姿态和最终动作姿态，可直接确定机械臂的初始动作轨迹，实现了直接在关节空间中进行的初步规划，由于不存在笛卡尔空间中的路径点向关节空间的转换，所以不会出现笛卡尔路径点向关节空间点转换时的奇异点
。
通过对按照初始动作轨迹运动的机械臂进行碰撞检测，便可得到包括了碰撞函数的碰撞结果，进而可确定碰撞函数对应的第一梯度，并确定初始动作轨迹对应的平滑函数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种机械臂避障动作规划方法，其特征在于，所述方法包括：根据预设的初始动作姿态和最终动作姿态，确定机械臂的初始动作轨迹；对按照所述初始动作轨迹运动的所述机械臂进行碰撞检测，得到碰撞结果；所述碰撞结果包括碰撞函数；确定所述碰撞函数对应的第一梯度，并确定所述初始动作轨迹对应的平滑函数的第二梯度；通过所述第一梯度和所述第二梯度，对所述初始动作轨迹进行轨迹修正，得到目标动作轨迹
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据预设的初始动作姿态和最终动作姿态，确定机械臂的初始动作轨迹之前，还包括：确定所述机械臂在所述初始动作姿态时，是否与环境中的障碍物发生碰撞；若否，则通过关节逆解算法，确定所述机械臂实现目标任务时所对应的最终动作姿态；所述方法还包括：若所述机械臂在所述最终动作姿态时，未与所述障碍物发生碰撞，则根据预设的初始动作姿态和最终动作姿态，确定机械臂的初始动作轨迹
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械臂包括多个可控制的关节；所述根据预设的初始动作姿态和最终动作姿态，确定机械臂的初始动作轨迹，包括：在所述初始动作姿态和所述最终动作姿态之间进行线性插补，得到每个所述关节的插补动作姿态；综合每个所述关节的插补动作姿态，得到所述机械臂的初始动作轨迹
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在所述初始动作姿态和所述最终动作姿态之间进行线性插补，得到每个所述关节的插补动作姿态包括：确定所述机械臂在所述初始动作姿态和所述最终动作姿态之间，变化幅度最大的关节的目标变化量
、
以及允许关节运动的最大步长；根据所述目标变化量和所述最大步长，确定需要插补的动作姿态个数；通过所述动作姿态个数，确定每个所述关节从所述初始动作姿态开始的多个插补动作姿态
。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对按照所述初始动作轨迹运动的所述机械臂进行碰撞检测，得到碰撞结果，包括：确定所述机械臂中的每个关节运动在不同时刻的多个动作姿态
、
以及任意两个所述动作姿态之间的过渡姿态；获取障碍物的第一几何模型和每个所述关节的第二几何模型；根据所述第一几何模型和所述第二几何模型，确定每个所述关节对应的多个动作姿态
、
过渡姿态与障碍物之间的碰撞结果
。6.
根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一几何模型和所述第二几何模型，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱蜀伟，邓文平，
申请(专利权)人：湖南视比特机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：