(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210525278.5 (22)申请日 2022.05.15 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 朱战霞　吴天毅　王铮　 (74)专利代理 机构 西安凯多 思知识产权代理事 务所(普通 合伙) 61290 专利代理师 范倩 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 13/00(2006.01) (54)发明名称 空间冗余机 械臂的运动规划方法与装置 (57)摘要 本发明实施例公开了一种空间冗余机械臂 的运动规划方法与装置。 该方法包括： 确定空间 冗余机械臂的无碰初始关节轨迹； 建立空间冗余 机械臂的轨迹规划最优控制问题模 型， 并对轨迹 规划最优控制问题模型的约束条件进行凸化处 理， 得到凸化处理后的轨迹规划最优控制问题模 型； 根据无碰初始关节轨迹以及凸化处理后的轨 迹规划最优控制问题模型， 确定空间冗余机械臂 的最优关节轨迹。 通过本发明， 解决了相关技术 中空间冗余机械臂运动规划方法较为复杂且无 法满足应用需求的问题， 达到了能够为空间冗余 机械臂规划带末端任务约束的最优关节轨迹的 技术效果。 权利要求书2页 说明书22页 附图10页 CN 114932549 A 2022.08.23 CN 114932549 A 1.一种空间冗余机 械臂的运动规划方法， 其特 征在于， 包括： 确定所述空间冗余机 械臂的无碰初始关节轨 迹； 建立所述空间冗余机械臂的轨迹规划最优控制问题模型， 并对所述轨迹规划最优控制 问题模型的约束条件进 行凸化处理， 得到凸化处理后的轨迹规划最优控制问题模 型， 其中， 所述约束条件至少包括： 运动学约束、 动力学约束、 避障约束和末端任务约束； 根据所述无碰初始关节轨迹以及所述凸化处理后的轨迹规划最优控制问题模型， 确定 所述空间冗余机 械臂的最优关节轨 迹。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 确定所述空间冗余机械臂的无碰初始关节 轨迹， 包括： 利用基于快速扩展随机树优化算法和三次样条曲线规划所述空间冗余机械臂从起始 点到目标点的所述无碰初始关节轨 迹。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 利用基于快速扩展随机树优化算法和三 次 样条曲线规划所述空间冗余机 械臂从起始点到目标点的所述无碰初始关节轨 迹， 包括： 利用基于快速扩展随机树优化算法规划所述空间冗余机械臂从所述起始点到所述目 标点的无碰路径点； 采用所述三 次样条曲线对所述无碰路径点进行插值， 得到所述空间冗余机械臂的所述 无碰初始关节轨 迹。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 在采用所述三 次样条曲线对所述无碰路径 点进行插值， 得到所述空间冗余机 械臂的所述无碰初始关节轨 迹之后， 所述方法还 包括： 基于机械臂逆动力学确定所述无碰初始关节轨 迹对应的关节力矩。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 对所述轨迹规划最优控制问题模型的约束 条件进行凸化处 理， 包括： 基于速度阻尼法对所述避障约束的时间区间进行离散化处理， 将所述空间冗余机械臂 的连杆与障碍物的避障约束处 理成关节角速度的线性 不等式约束， 并设置避障策略； 基于单位 四元数对所述空间冗余机械臂的末端手眼相机的视线锥约束进行凸化处理， 将所述视线锥约束处 理成单位姿态四元 数的正定二次型不 等式约束； 基于二阶积分器和连续线性化对所述运动学约束、 所述动力学约束进行凸化处理， 得 到凸化处 理后的运动学约束与动力学约束。 6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法， 其特征在于， 根据所述无碰初始关节轨 迹以及所述凸化处理后的轨迹规划最优控制问题模型， 确定所述空间冗余机械臂的最优关 节轨迹， 包括： 将所述无碰初始关节轨迹输入所述凸化处理后的轨迹规划最优控制问题模型， 由所述 凸化处理后的轨 迹规划最优 控制问题模型输出 所述空间冗余机 械臂的所述 最优关节轨 迹。 7.一种空间冗余机 械臂的运动规划装置， 其特 征在于， 包括： 第一确定模块， 用于确定所述空间冗余机 械臂的无碰初始关节轨 迹； 处理模块， 用于建立所述空间冗余机械臂 的轨迹规划最优控制问题模型， 并对所述轨 迹规划最优控制问题模型的约束 条件进行凸化处理， 得到凸化处理后的轨迹规划最优控制 问题模型， 其中， 所述约束 条件至少包括： 运动学约束、 动力学约束、 避障约束和末端任务约 束；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114932549 A 2第二确定模块， 用于根据所述无碰初始关节轨迹以及所述凸化处理后的轨迹规划最优 控制问题模型， 确定所述空间冗余机 械臂的最优关节轨 迹。 8.根据权利要求7 所述的装置， 其特 征在于， 所述第一确定模块包括： 规划单元， 用于利用基于快速扩展随机树优化算法和三 次样条曲线规划所述空间冗余 机械臂从起始点到目标点的所述无碰初始关节轨 迹。 9.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质包括存储的程序， 其中， 在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求 1至6中任意 一项所述的空间冗余机 械臂的运动规划方法。 10.一种处理器， 其特征在于， 所述处理器用于运行程序， 其中， 所述程序运行时执行权 利要求1至 6中任意一项所述的空间冗余机 械臂的运动规划方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114932549 A 3