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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明公开的一种基于动态系统和高斯聚类椭球的机械臂避障规划方法，属于机械臂避障技术领域。本发明实现方法为：根据深度图像与彩色图像生成空间环境三维点云模型，通过聚类分析得到用于判别是否为空间障碍的高斯概率密度分布函数；将待判定的路径空间三维点坐标输入点云高斯概率密度分布函数，对比判定所述路径空间是否为障碍；使用高斯聚类椭球模型对属于空间障碍的点云进行包络，得到高斯聚类椭球外包络表面方程；根据所述包络表面方程解析表达式得到障碍物外包络的扩展切平面法向量，并构建用于调整机械臂靠近障碍物运动方向的动态调制矩阵，使机械臂末端沿着障碍物表面运动而不穿透障碍物，在保证路径规划精度基础上提高路径规划效率。

主权项：1.一种基于动态系统和高斯聚类椭球的机械臂避障规划方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：根据相机测量得到的空间环境的深度图像与彩色图像，利用所述深度图像与彩色图像生成空间环境的三维点云模型，并进行噪声去除和数量精简；使用高斯混合模型对空间环境的点云三维坐标进行聚类分析，构建用于判别是否为空间障碍的空间环境点云高斯概率密度分布函数；根据所述空间环境点云高斯概率密度分布函数使用迭代方法选取设定空间障碍判别阈值；将机械臂运动过程中待判定的路径空间三维点坐标输入点云高斯概率密度分布函数中，得到对应的高斯概率密度值，根据待判定的路径空间三维点对应的高斯概率密度值和空间障碍判别阈值对比判定所述路径空间是否为障碍；步骤二：对步骤一判定为障碍的点云三维坐标，进一步使用高斯聚类椭球模型对属于空间障碍区域的点云进行包络，得到相应的用于避障路径规划的高斯聚类椭球外包络表面方程，能够根据相机视觉测量结果得到用于描述空间障碍的解析表达式；根据所述空间障碍高斯聚类椭球外包络表面方程解析表达式，得到障碍物外包络的扩展切平面的法向量；步骤三：通过步骤二得到的扩展障碍物的切平面法向量构造用于指导机械臂避碰的扩展切平面正交坐标系，通过所述扩展切平面正交坐标系构建用于调整机械臂靠近障碍物运动方向的动态调制矩阵，通过所述动态调制矩阵对机械臂末端速度进行修正，使机械臂末端沿着障碍物表面运动而不穿透障碍物；步骤四：根据步骤三得到的修正后的机械臂末端运动速度，更新机械臂的末端三维位置坐标，用于该时刻机械臂的运动控制；步骤五：重复执行步骤二至步骤四，对各时刻下的机械臂进行避障规划与控制，即通过步骤二构建的空间障碍高斯聚类椭球外包络表面方程解析表达式和步骤三构建的动态调制矩阵使机械臂末端沿着障碍物表面运动而不穿透障碍物，在保证路径规划精度基础上提高避障路径规划效率，实现机械臂实时避障路径的规划，直到机械臂的末端到达目标位置。

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