渐进式约束扩展的机械臂运动规划算法

发布时间：2024-02-02 14:48

　　为了保证冗余机械臂带约束运动规划时的路径连续性,针对目前的直接插值和连续插值方法潜在的约束失效和路径失效问题,提出渐进式约束扩展的快速搜索随机树算法(PCE-RRT)。该算法在进行搜索树扩展时引入了一种渐进式约束扩展方法,该方法使用带有最近点信息的逆运动学计算策略,可以在保证任务约束的情况下迭代缩短最近点和扩展点的距离,让每一次扩展都能够保证搜索树的约束性和连续性。PCE-RRT可以使最终生成的搜索树很好地贴合于约束流形子空间,且树上任意两个相连节点都能满足连续条件。通过仿真实验对算法进行验证,实验结果表明该算法能够为机械臂带约束运动规划问题提供同时满足约束性和连续性条件的路径解。

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【部分图文】：

图1约束流形子空间插值的三种情形

为了避免直接插值和连续插值操作中潜在的约束失效和路径失效问题，提出一种渐进式约束扩展方法，如图1(d)～(f)所示。该方法会先计算qrand与qnear在位形空间中距离以判断关节角是否会发生突变，导致机械臂的抖动现象，若无抖动则直接将qrand作为树扩展点，若出现抖动则进一步在q....

图2直接插值

使用直接插值方法时，由于直接插值法主要考虑的是让插值点满足位形空间的连续性，这使得插值过程中会出现机械臂不满足约束的情况，如图2所示。在从图2(a)所示机械臂位形运动到图2(c)所示机械臂位形时，出现了图2(b)中不满足约束状态的机械臂位姿，使得规划失败。使用连续插值方法时，连续....

图3连续插值

使用连续插值方法时，连续插值法保证了规划所得的整个路径上的位形点都能满足约束条件，但当插值路径本身存在问题时，会出现图3中的情况，机械臂在从图3(a)位形运动至图3(c)时，为了强行保证路径的连续性，插入了如图3(b)所示的无效机械臂位形，使整个规划路径失效。使用本文PCE-RR....

图4渐进约束扩展插值

使用本文PCE-RRT算法进行机械臂带约束运动规划时，实验效果如图4所示。实验结果中可以看到能够为机械臂规划出从起点到终点的一条连续约束路径，并避免直接插值和连续插值所潜在的约束失效和路径失效问题。2.2路径连续性对比实验

本文编号：3892838