基于脊線模態法和RRT算法的蛇形機械臂避障控制研究 ①

王 軫 常 健 李 斌 王 聰 劉 春 張良全

(*中國科學院沈陽自動化研究所機器人學國家重點實驗室 沈陽 110016)(**中國科學院機器人與智能制造創新研究院 沈陽 110169)(***中國科學院大學 北京 100049)(****東北大學信息科學與工程學院 沈陽 110819)

(收稿日期：2019-11-13)

0 引 言

隨著科學技術的進步，新一代的仿生機器人將遇到一系列的挑戰[1]。替代人在惡劣環境下工作，仿生機器人表現出了良好的應用前景[2]。現今越來越復雜的工作環境，如太空探索、資源勘探、管道檢查、水下工作等，對仿生機器人的工作內容有了更高的要求。目前，研究者通過模仿蛇的生理機構，研究出具有高自由度的蛇形機械臂。為了突出蛇形機械臂的高靈活性，降低機械臂主體的重量，多采用繩索驅動[3-4]。與傳統機械臂相比，蛇形機械臂對復雜的工作環境具有更強的避障能力和適應性。

蛇形機械臂屬于多冗余機器人，其逆運動學求解和軌跡規劃具有一定難度，被國內外學者廣泛研究。目前運動學求逆通常采用雅可比迭代法[5-7]，但是對多冗余機械臂，存在求解雅可比偽逆困難、計算量巨大的問題。王俊剛等人[8]針對多冗余蛇形機械臂提出了一種末端跟隨運動的逆解算法。根據末端的運動，依次計算出其他關節的運動。與雅可比迭代法相比，末端跟隨算法計算量得到了降低，但它只適用于基座能夠平移的蛇形機械臂。董云等人[9]將遺傳算法與解析法結合提出了計算量小、適應性強的逆解算法，但是其針對的是平面三自由度冗余機械臂，對于三維空間高自由度機械臂無法快速獲得最優解。……