机器人避障方法、装置、计算机可读存储介质及机器人.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114147703A(43)申请公布日2022.03.08(21)申请号202111357777.X(22)申请日2021.11.16(71)申请人深圳市优必选科技股份有限公司地址518000广东省深圳市南山区学苑大道1001号南山智园C1栋16、22楼(72)发明人刘益彰熊友军曾献文张志豪张美辉陈春玉(74)专利代理机构深圳中一联合知识产权代理有限公司44414代理人刘永康(51)Int.Cl.B25J9/16(2006.01)权利要求书2页说明书13页附图4页(54)发明名称机器人避障方法、装置、计算机可读存储介质及机器人(57)摘要本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种机器人避障方法、装置、计算机可读存储介质及机器人。所述方法包括：根据机器人的工作空间内的障碍物位置，确定障碍物对所述机器人的关节运动范围的影响值；以所述机器人的关节速度为控制目标，以所述机器人的关节角速度为控制输入量，建立所述机器人的状态转移关系；根据所述状态转移关系和所述影响值对所述机器人进行模型预测控制，以在所述机器人的运动过程中避免与障碍物相撞。在本申请中，充分考虑了障碍物对机器人的关节运动范围的影响，通过模型预测控制在预测机器人未来状态的同时提前进行避障控制，可以在躲避障碍物的同时保证作业任务的完成。CN114147703ACN114147703A权利要求书1/2页1.一种机器人避障方法，其特征在于，包括：根据机器人的工作空间内的障碍物位置，确定障碍物对所述机器人的关节运动范围的影响值；以所述机器人的关节速度为控制目标，以所述机器人的关节角速度为控制输入量，建立所述机器人的状态转移关系；根据所述状态转移关系和所述影响值对所述机器人进行模型预测控制，以在所述机器人的运动过程中避免与障碍物相撞。2.根据权利要求1所述的机器人避障方法，其特征在于，所述根据所述状态转移关系和所述影响值对所述机器人进行模型预测控制，包括：获取所述机器人的当前状态量，并根据所述当前状态量和所述状态转移关系确定所述机器人在预定时长内的各个控制时间点的预测状态量；获取所述机器人在所述预定时长内的各个控制时间点的期望状态量，并根据所述预测状态量、所述期望状态量和所述影响值对所述机器人的控制输入量进行优化控制，确定所述机器人的当前控制输入量；按照所述当前控制输入量对所述机器人进行控制。3.根据权利要求2所述的机器人避障方法，其特征在于，所述根据所述当前状态量和所述状态转移关系确定所述机器人在预定时长内的各个控制时间点的预测状态量，包括：根据下式确定所述机器人在预定时长内的各个控制时间点的预测状态量：其中，i为所述预定时长内的各个控制时间点的序号，0≤i≤N，N为所述预定时长内的控制时间点的总数，F为所述状态转移关系，u(k+i)为所述机器人在所述预定时长内的第i个控制时间点的控制输入量，X(k)为所述当前状态量，X(k+i)为所述机器人在所述预定时长内的第i个控制时间点的预测状态量。4.根据权利要求3所述的机器人避障方法，其特征在于，所述根据所述预测状态量、所述期望状态量和所述影响值对所述机器人的控制输入量进行优化控制，确定所述机器人的当前控制输入量，包括：根据所述预测状态量、所述期望状态量和所述影响值构建所述机器人的控制目标函数；以所述控制目标函数最小化为优化目标，对所述控制输入量进行非线性规划求解，得到所述机器人在所述预定时长内的各个控制时间点的控制输入量；将所述预定时长内的第一个控制时间点的控制输入量确定为所述机器人的当前控制输入量。5.根据权利要求4所述的机器人避障方法，其特征在于，所述根据所述预测状态量、所述期望状态量和所述影响值构建所述机器人的控制目标函数，包括：构建如下所示的控制目标函数：2CN114147703A权利要求书2/2页其中，yd(k+i)所述机器人在所述预定时长内的第i个控制时间点的期望状态量，j为所述机器人的关节序号，1≤j≤n，n为所述机器人的关节总数，αj为障碍物对所述机器人的第j个关节的运动范围的影响值。6.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人避障方法，其特征在于，所述根据机器人的工作空间内的障碍物位置，确定障碍物对所述机器人的关节运动范围的影响值，包括：获取所述机器人的关节角度上限，并根据所述关节角度上限和所述障碍物位置计算修正后的关节角度上限；获取所述机器人的关节角度下限，并根据所述关节角度下限和所述障碍物位置计算修正后的关节角度下限；根据所述关节角度上限、所述关节角度下限、所述修正后的关节角度上限和所述计算修正后的关节角度下限，计算障碍物对所述机器人的关节运动范围的影响值。7.根据权利要求6所述的机器人避障方法，其特征在于，所述根据所述关节角度上限、所述关节角度下