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申请/专利权人：华侨大学

摘要：本发明基于最小代价下降的机械臂关节空间避障路径规划方法，先在机械臂末端空间中生成一组初始点至目标点之间的辅助路径点，然后根据末端点插值密度对每一分段路径进行线性插值处理，得到插值后的多分段路径，再基于最小代价下降对插值后的多分段路径进行关节空间避障路径规划，得到初始点至目标点的所有关节角组合；最后使用多项式对生成的所有关节角组合中相邻两个关节角组合之间进行插值，得到多项式插值后的关节角组合，使得机械臂能够基于该关节角组合从初始点平稳地、无碰撞地运动到目标点。本发明仅仅使用正运动学，计算简单。

主权项：1.基于最小代价下降的机械臂关节空间避障路径规划方法，适用于机械臂关节空间避障路径规划场景中，其特征在于包括如下步骤：步骤1、设置初始关节角组合、初始点坐标、目标点坐标、障碍物坐标、末端点插值密度，其中，关节角组合为机械臂第一个关节至最后一个关节对应的关节角值集合，末端点插值密度表示末端路径两端点之间插值点的生成个数；步骤2、在机械臂末端空间中生成一组初始点至目标点之间的辅助路径点，得到一条无碰撞的多分段路径；步骤3、根据末端点插值密度对每一分段路径进行线性插值处理，得到插值后的多分段路径，称辅助路径点和线性插值点为中间点；步骤4、基于最小代价下降对插值后的多分段路径进行关节空间避障路径规划，分别得到初始点、中间点和目标点处对应的关节角组合，其中，每一分段路径终点对应的关节角组合作为下一分段路径的初始关节角组合，并且该关节角组合对应的机械臂末端坐标作为下一分段路径的初始点坐标，已知任一分段路径的初始关节角组合degree、初始点坐标start、目标点坐标goal和障碍物坐标，对每一分段路径均执行基于最小代价下降的计算步骤，分别得到所有分段路径终点对应的关节角组合，计算结束得到初始点至目标点的所有关节角组合；步骤5、使用多项式对生成的所有关节角组合中相邻两个关节角组合之间进行插值，得到多项式插值后的关节角组合，使得机械臂能够基于该关节角组合从初始点平稳地、无碰撞地运动到目标点；每一分段路径终点对应的关节角组合的基于最小代价下降计算步骤如下：4-1设置关节生成步长常量growsize和收敛精度R；4-2计算初始关节角组合对应的代价值cost，并将该代价值作为当前最小代价值；该代价值计算方法如式1所示，即计算关节角组合对应的机械臂末端点坐标pos至目标点坐标goal的欧式距离，其中，关节角组合对应的机械臂末端点坐标pos通过正运动学计算得到：cost＝‖pos-goal‖214-3基于当前最小代价值对应的关节角组合theta生成新的关节角组合theta_new，生成规则如式2～4所示，其中，式2用来计算机械臂各关节的随机生成步长temp，式3表示若当前最小代价值小于设定的收敛精度r值，则关节随机生成步长temp需要适当缩小，式4表示新关节角组合theta_new的各关节值theta_newi的关节限制检测和关节越界处理：temp＝2*rand1-1*growsize2 其中，i∈[1,N]，N为对应机械臂的关节数量，temp表示机械臂各关节随机生成步长，theta_cost表示关节角组合theta对应的最小代价值，r表示生成步长影响因子，minLinki.qlim和maxLinki.qlim分别表示机械臂各关节的关节限制最小值和最大值；经过上述步骤生成了新关节角组合theta_new，若新关节角组合theta_new对应的代价值小于当前最小代价值cost，则继续执行之后步骤，否则，放弃当前生成的新关节角组合，重新执行步骤4-3；4-4对新关节角组合theta_new对应的机械臂位姿进行碰撞检测，除了检测新关节角组合theta_new对应的机械臂末端点至最小代价值对应的关节角组合theta对应的坐标之间的直连线是否和障碍物发生碰撞之外，还需要检测theta_new对应的机械臂各连杆是否和空间中的障碍物发生碰撞；当且仅当新关节角组合对应的机械臂位姿不和障碍物发生碰撞时，继续执行之后步骤，否则，放弃当前生成的新关节角组合，重新开始执行步骤4-3；4-5若新关节角组合theta_new的代价值小于收敛精度R，则新关节组合theta_new为对应分段路径终点对应的关节角组合，否则，将新关节组合theta_new作为新的最小代价值对应的关节角组合theta，重新开始执行步骤4-3。

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