快速连续反应-避障作业环境下的七自由度灵巧臂轨迹规划

摘要：

人类经长期学习训练后能对高速物体(如棒球、乒乓球等)具有快速连续反应作业的运动技能,从深层次上揭示是由于人体在其训练过程中不断“学习优选”了相应手臂的动作轨迹,并储存了丰富的“经验”和“知识”。受人体手臂动作此行为机制启发,本文提出一种7-DOF 灵巧臂快速连续反应–避障作业的轨迹规划方法。该方法将灵巧臂对高速物体目标作业的轨迹规划问题转化为动作轨迹参数化优选问题,考虑作业过程中灵巧臂的机构物理约束和障碍约束条件,以灵巧臂“目标可作业度”指标构建适应度函数,采用粒子群优化(Particle swarm optimization, PSO)方法优选作业轨迹中的冗余参数；在此基础上利用灵巧臂动作轨迹参数化优选方法构建相应作业环境下的“知识”数据库,实现灵巧臂对高速物体目标的快速连续反应作业。以仿人机器人乒乓球对弈作业为例,将该方法应用于7-DOF 灵巧臂乒乓球作业的轨迹规划中。数值实验及实际对弈试验结果表明,该方法不仅能使灵巧臂所规划的轨迹满足灵巧臂机构物理约束与障碍约束条件,同时能实现灵巧臂对乒乓球体的快速连续反应作业,验证了该方法的有效性。

关键词：七自由度灵巧臂、快速连续反应-避障作业、轨迹参数化、知识数据库、粒子群优化

分类号：TP2;TQ9

资助基金：国家自然科学基金61273340,61473258资助@@@@Supported by National Natural Science Foundation of China61273340,61473258

在线出版日期：2015-07-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：1131-1144