本公開涉及操作臂運動規(guī)劃的，例如涉及一種操作臂運動控制方法、裝置及系統(tǒng)、存儲介質。

背景技術：

1、隨著人機協(xié)作在制造業(yè)、航空航天等領域應用的不斷擴展，操作臂在受限且動態(tài)的工作環(huán)境中的在線運動生成變得尤為關鍵。為了保證人機協(xié)作的安全性，iso/ts15066:2016等標準規(guī)定了實時監(jiān)控人機距離，并根據(jù)分離距離動態(tài)調整機器人速度的方法，以降低碰撞風險。然而，這種方法可能造成操作臂運動緩慢或不連續(xù)，影響生產效率。

2、為了解決上述問題，相關技術已經提出了一些反應式運動規(guī)劃方法，這些方法允許操作臂快速響應動態(tài)障礙物的狀態(tài)變化并進行避讓。但是，由于局部控制器容易陷入局部極值，這可能導致操作臂無法順利完成預定任務，甚至出現(xiàn)運動不連貫的情況。此外，相關技術的操作臂運動生成通常依賴于離線路徑規(guī)劃與在線避障相結合的方式。這種方法雖然可以在一定程度上確保安全性，但在面對實時環(huán)境變化時，路徑缺乏自適應調整能力。尤其是在遇到障礙物需要避障時，操作臂往往需要返回到避障前的狀態(tài)再繼續(xù)執(zhí)行任務，這不僅導致了運動不連續(xù)的問題，還進一步降低了任務執(zhí)行效率。

3、綜上所述，相關技術的方案能夠在一定范圍內保障人機協(xié)作的安全性，但在提高操作臂對動態(tài)障礙物的反應速度、確保運動路徑平滑度方面仍有明顯的不足。特別是在精確的距離計算、有效的碰撞狀態(tài)檢查以及優(yōu)化的運動規(guī)劃策略等方面，仍然存在諸多挑戰(zhàn)，亟需新的解決方案來提升人機協(xié)作的質量和效率。

技術實現(xiàn)思路

1、為了對披露的實施例的一些方面有基本的理解，下面給出了簡單的概括。所述概括不是泛泛評述，也不是要確定關鍵/重要組成元素或描繪這些實施例的保護范圍，而是作為后面的詳細說明的序言。

2、本公開實施例提供了一種操作臂運動控制方法、裝置及系統(tǒng)、存儲介質，能夠在確保人機安全的同時，有效提高操作臂在動態(tài)環(huán)境下的反應速度和路徑平滑度，從而優(yōu)化人機協(xié)作的生產效率。

3、根據(jù)本公開的第一方面，提供了一種操作臂運動控制方法，包括：

4、基于操作臂的當前狀態(tài)、任務約束、末端執(zhí)行器處的力矢量和目標位姿確定操作臂的初始軌跡，控制操作臂執(zhí)行初始軌跡；

5、在操作臂運動期間，檢測操作臂與障礙物的碰撞風險；

6、在確定操作臂與障礙物存在碰撞風險時，計算操作臂遠離障礙物的避障運動參數(shù)，控制操作臂執(zhí)行遠離障礙物的避障運動參數(shù)；

7、在執(zhí)行遠離障礙物的避障運動參數(shù)期間重復執(zhí)行新軌跡規(guī)劃流程以獲得新軌跡；

8、在確定操作臂與障礙物的碰撞風險消失時，停止規(guī)劃操作臂的新軌跡，控制操作臂執(zhí)行最新規(guī)劃的新軌跡。

9、在一些實施例中，基于操作臂的當前狀態(tài)、任務約束、末端執(zhí)行器處的力矢量和目標位姿確定操作臂的初始軌跡，包括：

10、基于操作臂的當前狀態(tài)和末端執(zhí)行器處的力矢量，確定末端執(zhí)行器的初始位姿；

11、基于操作臂的任務約束，以及末端執(zhí)行器處的力矢量、初始位姿和目標位姿，確定操作臂的初始軌跡。

12、在一些實施例中，在操作臂運動期間，檢測操作臂與障礙物的碰撞風險，包括：

13、構建操作臂和障礙物的等效模型，等效模型由超二次曲面進行表示；

14、在操作臂運動期間，計算操作臂和障礙物的等效模型之間的最小距離，該最小距離用于表征操作臂與障礙物的碰撞風險。

15、在一些實施例中，計算操作臂和障礙物的等效模型之間的最小距離，包括：

16、對于操作臂和障礙物的等效模型，將一個等效模型膨脹為閔可夫斯基和包絡曲面，將另一個等效模型退化為一個等效點；

17、通過計算閔可夫斯基和包絡曲面與等效點的歐式距離，獲得歐式距離作為操作臂和障礙物的等效模型之間的最小距離。

18、在一些實施例中，在確定操作臂與障礙物存在碰撞風險時，計算操作臂遠離障礙物的避障運動參數(shù)，控制操作臂執(zhí)行遠離障礙物的避障運動參數(shù)，包括：在確定操作臂與障礙物存在碰撞風險時，計算操作臂遠離障礙物的關節(jié)角速度，控制操作臂執(zhí)行遠離障礙物的關節(jié)角速度。

19、在一些實施例中，操作臂與障礙物的碰撞風險由操作臂和障礙物的等效模型之間的最小距離表征；在確定操作臂與障礙物存在碰撞風險時，計算操作臂遠離障礙物的關節(jié)角速度，控制操作臂執(zhí)行遠離障礙物的關節(jié)角速度，包括：在最小距離小于安全距離閾值時，計算操作臂遠離障礙物的關節(jié)角速度，控制操作臂執(zhí)行遠離障礙物的關節(jié)角速度。

20、在一些實施例中，計算操作臂遠離障礙物的關節(jié)角速度，包括：

21、計算關節(jié)的引力矢量對應的第一關節(jié)角速度，其中，引力矢量用于引導末端執(zhí)行器向目標位置移動；

22、計算關節(jié)的斥力矢量對應的第二關節(jié)角速度，其中，斥力矢量用于引導操作臂避開障礙物；

23、基于第一關節(jié)角速度和第二關節(jié)角速度，計算操作臂遠離障礙物的關節(jié)角速度。

24、在一些實施例中，計算關節(jié)的引力矢量對應的第一關節(jié)角速度，包括：

25、確定末端執(zhí)行器的當前位姿，基于末端執(zhí)行器的當前位姿和目標位姿計算關節(jié)的引力矢量；

26、計算引力矢量對應的第一關節(jié)角速度。

27、在一些實施例中，基于末端執(zhí)行器的當前位姿和目標位姿計算關節(jié)的引力矢量，包括：

28、確定與引力矢量相關的正比例增益系數(shù)和正定系數(shù)矩陣；

29、計算末端執(zhí)行器的當前位姿和目標位姿的位姿差異值；

30、基于正比例增益系數(shù)、正定系數(shù)矩陣以及末端執(zhí)行器的當前位姿和目標位姿的位姿差異值，計算關節(jié)的引力矢量。

31、在一些實施例中，計算引力矢量對應的第一關節(jié)角速度，包括：

32、確定引力矢量關聯(lián)的阻尼因子、末端執(zhí)行器關聯(lián)的雅可比矩陣；

33、基于引力矢量、引力矢量關聯(lián)的阻尼因子、末端執(zhí)行器關聯(lián)的雅可比矩陣，計算引力矢量對應的第一關節(jié)角速度。

34、在一些實施例中，計算關節(jié)的斥力矢量對應的第二關節(jié)角速度，包括：基于操作臂和障礙物的等效模型之間的最小距離，計算關節(jié)的斥力矢量；基于斥力矢量計算斥力矢量對應的第二關節(jié)角速度。

35、在一些實施例中，基于操作臂和障礙物的等效模型之間的最小距離，計算關節(jié)的斥力矢量，包括：

36、對操作臂和障礙物的等效模型之間的最小距離與激活距離進行比較；

37、基于操作臂和障礙物的等效模型之間的最小距離與激活距離的比較結果，計算關節(jié)的斥力矢量。

38、在一些實施例中，基于斥力矢量計算斥力矢量對應的第二關節(jié)角速度，包括：確定斥力矢量關聯(lián)的阻尼因子、操作臂的等效模型關聯(lián)的雅可比矩陣；基于斥力矢量、斥力矢量關聯(lián)的阻尼因子、操作臂的等效模型關聯(lián)的雅可比矩陣，計算斥力矢量對應的第二關節(jié)角速度。

39、在一些實施例中，一個新軌跡規(guī)劃流程包括：確定末端執(zhí)行器的當前位姿；基于操作臂的目標位姿、任務約束、末端執(zhí)行器處的力矢量和末端執(zhí)行器的當前位姿確定操作臂的新軌跡。

40、在一些實施例中，基于操作臂的目標位姿、任務約束、末端執(zhí)行器處的力矢量和末端執(zhí)行器的當前位姿確定操作臂的新軌跡，包括：

41、基于末端執(zhí)行器的當前位姿和目標位姿計算關節(jié)的引力矢量；

42、基于末端執(zhí)行器的當前位姿和關節(jié)的引力矢量，確定末端執(zhí)行器的預測位姿；

43、基于操作臂的目標位姿、任務約束、末端執(zhí)行器處的力矢量和末端執(zhí)行器的預測位姿確定操作臂的新軌跡。

44、根據(jù)本公開的第二方面，提供了一種操作臂運動控制裝置，包括處理器和存儲有程序指令的存儲器，處理器執(zhí)行本公開的第一方面提供的操作臂運動控制方法。

45、根據(jù)本公開的第三方面，提供了一種操作臂運動控制系統(tǒng)，包括操作臂以及本公開的第二方面提供的操作臂運動控制裝置，操作臂運動控制裝置與操作臂通信連接。

46、根據(jù)本公開的第四方面，提供了一種存儲介質，存儲介質中存儲有計算機程序指令，計算機程序指令被處理器運行時，執(zhí)行本公開的第一方面提供的操作臂運動控制方法。

47、本公開實施例提供的操作臂運動控制方法、裝置及系統(tǒng)、存儲介質，可以實現(xiàn)以下技術效果：

48、本公開實施例提供的操作臂運動控制方法，引入實時軌跡調整機制，使得操作臂能夠在檢測到碰撞風險時動態(tài)計算并執(zhí)行遠離障礙物的避障運動參數(shù)，而非簡單地停止或返回安全距離。這種快速響應機制確保了操作臂在面對不可預見的環(huán)境變化時仍能高效工作，減少了避障造成的延遲。與此同時，通過在操作臂執(zhí)行避障動作的同時不斷重新規(guī)劃新軌跡，一旦確認碰撞風險解除，操作臂即可按照最新的最優(yōu)路徑繼續(xù)執(zhí)行任務，操作臂無需回到之前的某個狀態(tài)再出發(fā)。這種持續(xù)重規(guī)劃的方法最大限度地減少了額外的時間成本，提升了整體任務完成效率?？梢?，上述避障過程融合了全局運動規(guī)劃和局部反應式避障策略，確保操作臂能夠保持平滑運動并迅速恢復到重新規(guī)劃新軌跡上，避免了因局部極值問題導致的間歇性運動，能在確保人機安全的同時，有效提高操作臂在動態(tài)環(huán)境下的反應速度和路徑平滑度，從而優(yōu)化人機協(xié)作的生產效率。

49、以上的總體描述和下文中的描述僅是示例性和解釋性的，不用于限制本公開。