連續(xù)體機(jī)器人是一種新型的仿生機(jī)器人，具有可以連續(xù)變形的骨架結(jié)構(gòu)。連續(xù)體機(jī)器人廣泛應(yīng)用于航空原位檢修，核電設(shè)施維護(hù)，醫(yī)療手術(shù)操作等領(lǐng)域。由于超冗余的自由度和受限的工作環(huán)境，連續(xù)體機(jī)器人的避障和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃存在著運(yùn)算效率低，運(yùn)算求解過(guò)程復(fù)雜，難以添加全局約束等問(wèn)題。
近日，北京航空航天大學(xué)于靖軍教授和裴旭教授課題組在Science China Technological Sciences發(fā)表了題為“A novel obstacle avoidance heuristic algorithm of continuum robotbased on FABRIK”的論文，裴旭教授為通信作者，吳昊然碩士為第一作者。該文章基于正向反向協(xié)同逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算法提出了一種啟發(fā)式避障算法，為解決連續(xù)體機(jī)器人的避障及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題提供了新的思路。
該算法通過(guò)對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)施加全局約束，并提前判斷障礙物的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了連續(xù)體機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的避障及路徑跟隨運(yùn)動(dòng)（圖1）。在避障過(guò)程中，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的更新可看作是電荷在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（圖2），提出了一種關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的啟發(fā)式距離作用函數(shù)，從而避免了復(fù)雜的非線性運(yùn)算。
圖1連續(xù)體機(jī)器人啟發(fā)式避障算法。
(a)碰撞檢測(cè)；(b)更新發(fā)生碰撞的節(jié)點(diǎn)；(c)更新其他節(jié)點(diǎn)；(d)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)示意圖
圖2連續(xù)體機(jī)器人避障策略。(a)障礙物對(duì)檢測(cè)點(diǎn)的作用函數(shù)；(b)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的更新
該算法具有運(yùn)算效率高，收斂速度快，魯棒特性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。得益于算法較強(qiáng)的適用性，可以被應(yīng)用于基座移動(dòng)和基座固定的連續(xù)體機(jī)器人（圖3，4）。
圖3基座固定的連續(xù)體機(jī)器人避障
圖4基座移動(dòng)的連續(xù)體機(jī)器人避障
