一种机器人动态避障方法、装置和机器人.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CN113618739A(43)申请公布日2021.11.09(21)申请号202110975114.8(22)申请日2021.08.24(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)发明人刘益彰罗璇陈金亮张志豪熊友军(74)专利代理机构北京超凡宏宇专利代理事务所(特殊普通合伙)11463代理人梁韬(51)Int.Cl.B25J9/16(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图2页(54)发明名称一种机器人动态避障方法、装置和机器人(57)摘要本申请实施例提供一种机器人动态避障方法、装置和机器人，该机器人动态避障方法包括：检测机器人当前与障碍物之间的最短距离，以确定机器人与障碍物各自的预测碰撞点位置；根据机器人与障碍物各自的预测碰撞点位置确定当前机器人避免碰撞的速度约束方程；基于所述速度约束方程、机器人的关节位置和关节角速度的自身约束条件对以关节角速度为优化变量、末端速度为控制目标的避障优化函数进行求解，得到关节角速度的最优解；利用所述最优解对所述机器人进行运动控制。本申请的技术方案可以使得机器人在完成动态避障的同时，尽可能地执行末端在笛卡尔空间的速度任务，还具有普适性。CN113618739ACN113618739A权利要求书1/3页1.一种机器人动态避障方法，其特征在于，包括：检测机器人当前与障碍物之间的最短距离，以确定所述机器人与所述障碍物各自的预测碰撞点位置；根据所述机器人与所述障碍物各自的所述预测碰撞点位置确定当前所述机器人避免碰撞的速度约束方程；基于所述速度约束方程、所述机器人的关节位置和关节角速度的自身约束条件对以关节角速度为优化变量、末端速度为控制目标的避障优化函数进行求解，得到所述关节角速度的最优解；利用所述关节角速度的所述最优解对所述机器人进行运动控制。2.根据权利要求1所述的机器人动态避障方法，其特征在于，所述根据所述机器人与所述障碍物各自的所述预测碰撞点位置确定当前所述机器人避免碰撞的速度约束方程，包括：根据所述机器人和所述障碍物各自的所述预测碰撞点位置得到碰撞方向向量；基于所述机器人上的预测碰撞点位置到机器人基座之间的各个关节角速度计算所述机器人上的预测碰撞点位置对应的关节末端速度；根据所述关节末端速度在所述碰撞方向向量上的投影、所述机器人上的预测碰撞点位置和所述障碍物上的预测碰撞点位置构建得到所述机器人避免碰撞的速度约束方程。3.根据权利要求2所述的机器人动态避障方法，其特征在于，所述机器人避免碰撞的速度约束方程的表达式为：其中，其中，为t时刻的所述机器人上的预测碰撞点位置；xp为所述障碍物的预测碰撞点位置；表示所述关节末端速度在所述碰撞方向向量上的投影；||cp||为所述机器人与所述障碍物之间的最短距离；Jc为所述机器人上的预测碰撞点到机器人基座的雅克比矩阵；为所述机器人上的预测碰撞点到机器人基座之间的第i个关节角速度；T为机器人的控制指令周期。4.根据权利要求1所述的机器人动态避障方法，其特征在于，所述基于所述速度约束方程、所述机器人的关节位置和关节角速度的自身约束条件对所述避障优化函数进行求解，之前还包括：构建满足所述关节位置的自身约束条件的关节位置约束方程，并将所述关节位置约束方程转换为对应的关节角速度约束方程；根据所述关节角速度约束方程和所述关节角速度的自身约束条件构建得到所述关节角速度的合成约束方程，所述合成约束方程用于和所述速度约束方程共同对所述避障优化函数进行求解。5.根据权利要求4所述的机器人动态避障方法，其特征在于，所述机器人的关节位置约束方程为：2CN113618739A权利要求书2/3页其中，和分别为所述机器人的第i个关节角度的上限和下限；为t时刻的第i个关节角度；为第i个关节的关节角速度；T为所述机器人的控制指令周期；所述关节角速度约束方程为：6.根据权利要求3所述的机器人动态避障方法，其特征在于，所述避障优化函数的表达式如下：min||w||2其中，w为松弛变量，J为所述机器人的速度雅可比矩阵，为所述机器人所有关节的关节角速度向量；为所述机器人的关节末端速度向量；和分别为第i个关节角速度的上限和下限；和分别为第i个关节角度的上限和下限；为t时刻的第i个关节角度；为第i个关节的关节角速度。7.根据权利要求1至6中任一项所述的机器人动态避障方法，其特征在于，当所述障碍物存在多个时，所述速度约束方程的数量与所述障碍物的数量相同；每个所述速度约束方程通过对应的障碍物与所述机器人各自的所述预测碰撞点位置确定，所有所述速度约束方程用于与所述机器人的关节位置和关节角速度的自身约束条件共同对所述避障优化函数进行求解。8.一种机器人