為了保證冗余機(jī)械臂帶約束運(yùn)動(dòng)規(guī)劃時(shí)的路徑連續(xù)性,針對(duì)目前的直接插值和連續(xù)插值方法潛在的約束失效和路徑失效問(wèn)題,提出漸進(jìn)式約束擴(kuò)展的快速搜索隨機(jī)樹(shù)算法(PCE-RRT)。該算法在進(jìn)行搜索樹(shù)擴(kuò)展時(shí)引入了一種漸進(jìn)式約束擴(kuò)展方法,該方法使用帶有最近點(diǎn)信息的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算策略,可以在保證任務(wù)約束的情況下迭代縮短最近點(diǎn)和擴(kuò)展點(diǎn)的距離,讓每一次擴(kuò)展都能夠保證搜索樹(shù)的約束性和連續(xù)性。PCE-RRT可以使最終生成的搜索樹(shù)很好地貼合于約束流形子空間,且樹(shù)上任意兩個(gè)相連節(jié)點(diǎn)都能滿足連續(xù)條件。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法能夠?yàn)闄C(jī)械臂帶約束運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題提供同時(shí)滿足約束性和連續(xù)性條件的路徑解。

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【部分圖文】：

圖1約束流形子空間插值的三種情形

為了避免直接插值和連續(xù)插值操作中潛在的約束失效和路徑失效問(wèn)題，提出一種漸進(jìn)式約束擴(kuò)展方法，如圖1(d)～(f)所示。該方法會(huì)先計(jì)算qrand與qnear在位形空間中距離以判斷關(guān)節(jié)角是否會(huì)發(fā)生突變，導(dǎo)致機(jī)械臂的抖動(dòng)現(xiàn)象，若無(wú)抖動(dòng)則直接將qrand作為樹(shù)擴(kuò)展點(diǎn)，若出現(xiàn)抖動(dòng)則進(jìn)一步在q....

圖2直接插值

使用直接插值方法時(shí)，由于直接插值法主要考慮的是讓插值點(diǎn)滿足位形空間的連續(xù)性，這使得插值過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)機(jī)械臂不滿足約束的情況，如圖2所示。在從圖2(a)所示機(jī)械臂位形運(yùn)動(dòng)到圖2(c)所示機(jī)械臂位形時(shí)，出現(xiàn)了圖2(b)中不滿足約束狀態(tài)的機(jī)械臂位姿，使得規(guī)劃失敗。使用連續(xù)插值方法時(shí)，連續(xù)....

圖3連續(xù)插值

使用連續(xù)插值方法時(shí)，連續(xù)插值法保證了規(guī)劃所得的整個(gè)路徑上的位形點(diǎn)都能滿足約束條件，但當(dāng)插值路徑本身存在問(wèn)題時(shí)，會(huì)出現(xiàn)圖3中的情況，機(jī)械臂在從圖3(a)位形運(yùn)動(dòng)至圖3(c)時(shí)，為了強(qiáng)行保證路徑的連續(xù)性，插入了如圖3(b)所示的無(wú)效機(jī)械臂位形，使整個(gè)規(guī)劃路徑失效。使用本文PCE-RR....

圖4漸進(jìn)約束擴(kuò)展插值

使用本文PCE-RRT算法進(jìn)行機(jī)械臂帶約束運(yùn)動(dòng)規(guī)劃時(shí)，實(shí)驗(yàn)效果如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看到能夠?yàn)闄C(jī)械臂規(guī)劃出從起點(diǎn)到終點(diǎn)的一條連續(xù)約束路徑，并避免直接插值和連續(xù)插值所潛在的約束失效和路徑失效問(wèn)題。2.2路徑連續(xù)性對(duì)比實(shí)驗(yàn)

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