CN113172605B - 基于绳驱并联机器人的避障方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

基于绳驱并联机器人的避障方法、系统、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于绳驱并联机器人的避障方法、系统、设备及存储介质，基于绳驱并联机器人的避障方法包括：获取若干动锚点初始位置信息、若干绳索初始长度和末端动平台期望位置信息；将若干动锚点初始位置信息和若干绳索初始长度代入正运动学算法以得到末端动平台初始位置信息；根据末端动平台初始位置信息和若干动锚点初始位置信息确定若干绳索初始方向矢量；根据若干绳索初始方向矢量、若干动锚点初始位置信息、末端动平台期望位置信息、预设导轨关系式确定若干动锚点移动位置信息；获取障碍物位置信息和包络半径信息并与动锚点移动位置信息和末端动平台期望位置信息确定旋转角度。本发明通过旋转角度绕开障碍物以提高工作效率。

Description

基于绳驱并联机器人的避障方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及机器人运动学的技术领域，尤其是涉及一种基于绳驱并联机器人的避障方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
大型绳驱并联机器人是一种采用绳索代替刚性连杆的新型并联机器人,具有大工作空间、大负载质量比以及模块化程度高等特点。驱动绳索作为主要的控制单元，需要牵引末端操作平台在工作空间中进行复杂运动。但是工作空间中出现一些不可避免的障碍物时，绳索的运动会受到极大限制，从而使得绳驱并联机器人的工作过效率大幅度降低。
目前绳驱并联机器人遇到障碍物后停止运动，经过工人重新定位后再绕过障碍物，则会降低绳驱并联机器人的工作效率。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于绳驱并联机器人的避障方法，能够确定旋转角度以绕开障碍物，从而提高绳驱并联机器人的工作效率。
本发明还提出一种基于绳驱并联机器人的避障系统。
本发明还提出一种电子控制设备。
本发明还提出一种计算机可读存储介质。
第一方面，本发明的一个实施例提供了基于绳驱并联机器人的避障方法，包括：
获取若干动锚点初始位置信息、若干绳索初始长度和末端动平台期望位置信息；
将所述若干动锚点初始位置信息和所述若干绳索初始长度代入正运动学算法以得到末端动平台初始位置信息；
根据所述末端动平台初始位置信息和所述若干动锚点初始位置信息确定若干绳索初始方向矢量；
根据所述若干绳索初始方向矢量、所述若干动锚点初始位置信息、所述末端动平台期望位置信息、预设导轨关系式确定若干动锚点移动位置信息；
获取障碍物位置信息和包络半径信息，并根据所述障碍物位置信息、所述包络半径信息、所述动锚点移动位置信息和所述末端动平台期望位置信息确定旋转角度。
本发明实施例的基于绳驱并联机器人的避障方法至少具有如下有益效果：通过已知的若干动锚点初始位置信息和若干绳索初始长度确定了末端动平台初始位置信息后，根据末端动平台初始位置信息、绳索初始方向矢量、末端动平台期望位置信息确定了动锚点移动位置信息，根据障碍物位置信息、包络半径信息、动锚点移动位置信息和末端动平台期望位置信息确定旋转角度，则绳驱并联机器人可以根据旋转角度进行旋转避障，以绕开障碍物从而提高绳驱并联机器人的工作效率。
根据本发明的另一些实施例的基于绳驱并联机器人的避障方法，所述将所述若干动锚点初始位置信息和所述若干绳索初始长度代入正运动学算法以得到末端动平台初始位置信息，包括：
根据所述若干动锚点初始位置信息和所述若干绳索初始长度确定若干圆方程式；
根据所述若干圆方程式确定任意两个所述圆方程式的交点以得到若干圆交点；
获取任意两个圆交点的距离之和最小的所述圆交点的位置信息以得到所述末端动平台初始位置信息。
根据本发明的另一些实施例的基于绳驱并联机器人的避障方法，所述获取任意两个圆交点的距离之和最小的所述圆交点的位置信息以得到所述末端动平台初始位置信息，包括：
获取任意两个圆交点的距离之和最小的所述圆交点的若干交点坐标信息；
计算所述若干交点坐标信息的平均值以得到所述末端动平台初始位置信息。
根据本发明的另一些实施例的基于绳驱并联机器人的避障方法，所述根据所述若干绳索初始方向矢量、所述若干动锚点初始位置信息、所述末端动平台期望位置信息、预设导轨关系式确定若干动锚点移动位置信息，包括：
根据所述若干动锚点初始位置信息、所述若干绳索初始方向矢量、所述末端动平台期望位置信息确定若干动锚点关系式；
根据所述若干动锚点关系式和所述预设导轨关系式确定所述若干动锚点移动位置信息。
根据本发明的另一些实施例的基于绳驱并联机器人的避障方法，所述获取障碍物位置信息和包络半径信息，并根据所述障碍物位置信息、所述包络半径信息、所述动锚点移动位置信息和所述末端动平台期望位置信息确定旋转角度，包括：
获取所述障碍物位置信息和所述包络半径信息；
根据所述障碍物位置信息和所述末端动平台期望位置信息确定障碍物矢量；
根据所述障碍物矢量和所述包络半径信息确定安全角度；
根据所述动锚点移动位置信息和所述末端动平台期望位置信息确定绳索的移动角度；
根据所述安全角度和所述移动角度确定所述旋转角度。
根据本发明的另一些实施例的基于绳驱并联机器人的避障方法，所述根据所述安全角度和所述移动角度确定所述旋转角度，包括：
若所述移动角度小于所述安全角度，根据所述安全角度和所有绳索的所述移动角度的差值确定所述旋转角度；
若所述移动角度大于所述安全角度，所述旋转角度为0。
第二方面，本发明的一个实施例提供了基于绳驱并联机器人的避障系统，包括：
获取模块，用于获取若干动锚点初始位置信息、若干绳索初始长度和末端动平台期望位置信息；
初始位置计算模块，用于根将所述若干动锚点初始位置信息和所述若干绳索初始长度代入正运动学算法以得到末端动平台初始位置信息；
矢量计算模块，用于根据所述末端动平台初始位置信息和所述若干动锚点初始位置信息确定若干绳索初始方向矢量；
移动位置计算模块，用于根据所述若干绳索初始方向矢量、所述若干动锚点初始位置信息、所述末端动平台期望位置信息、预设导轨关系式确定若干动锚点移动位置信息；
旋转角度计算模块，用于获取障碍物位置信息和包络半径信息，并根据所述障碍物位置信息、所述包络半径信息、所述动锚点移动位置信息和所述末端动平台期望位置信息确定旋转角度。
本发明实施例的基于绳驱并联机器人的避障系统至少具有如下有益效果：通过已知的若干动锚点初始位置信息和若干绳索初始长度确定了末端动平台初始位置信息后，根据末端动平台初始位置信息、绳索初始方向矢量、末端动平台期望位置信息确定了动锚点移动位置信息，然后根据障碍物位置信息、动锚点移动位置信息和末端动平台初始位置信息确定旋转角度，则绳驱并联机器人可以根据旋转角度进行旋转避障，以绕开障碍物从而提高绳驱并联机器人的工作效率。
根据本发明的另一些实施例的基于绳驱并联机器人的避障系统，所述初始位置计算模块包括：
圆方程式计算单元，用于根据所述若干动锚点位置信息和所述若干绳索初始长度确定若干圆方程式；
交点获取单元，用于根据所述若干圆方程式确定任意两个所述圆方程式的交点以得到若干圆交点；
位置信息获取单元，用于获取任意两个圆交点的距离之和最小的所述圆交点的位置信息以得到所述末端动平台初始位置信息。
第三方面，本发明的一个实施例提供了计算机可读存储介质，包括：
至少一个处理器，以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如第一方面所述的基于绳驱并联机器人的避障方法。
第四方面，本发明的一个实施例提供了计算机可读存储介质，包括：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如第一方面所述的基于绳驱并联机器人的避障方法。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1是本发明实施例中基于绳驱并联机器人的避障方法的一具体实施例流程示意图；
图2是本发明实施例中基于绳驱并联机器人的避障方法的另一具体实施例流程示意图；
图3是本发明实施例中基于绳驱并联机器人的避障方法的实施例中绳驱并联机器人的运动示意图；
图4是本发明实施例中基于绳驱并联机器人的避障方法的实施例中绳驱并联机器人的另一运动示意图；
图5是本发明实施例中基于绳驱并联机器人的避障方法的另一具体实施例流程示意图；
图6是本发明实施例中基于绳驱并联机器人的避障方法的另一具体实施例流程示意图；
图7是本发明实施例中基于绳驱并联机器人的避障方法的实施例中绳驱并联机器人的另一运动示意图；
图8是本发明实施例中基于绳驱并联机器人的避障方法的另一具体实施例流程示意图；
图9是本发明实施例中基于绳驱并联机器人的避障方法的另一具体实施例流程示意图；
图10是本发明实施例中基于绳驱并联机器人的避障系统的实施例中绳驱并联机器人的另一运动示意图；
图11是本发明实施例中基于绳驱并联机器人的避障系统的实施例中绳驱并联机器人的另一运动示意图；
图12是本发明实施例中基于绳驱并联机器人的避障系统的一具体实施例模块框图；
图13是本发明实施例中基于绳驱并联机器人的避障系统的另一具体实施例模块框图。
附图标记：100、获取模块；200、初始位置计算模块；210、圆方程式计算单元；220、交点获取单元；230、位置信息获取单元；300、矢量计算模块；400、移动位置计算模块；500、旋转角度计算模块。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。
在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
首先，对本申请中涉及的若干名词进行解析：
ARM(Advanced RISC Machine)处理器：是一个32位元精简指令集(RISC)处理器架构，ARM处理器广泛地使用在许多嵌入式系统设计。ARM处理器的特点有指令长度固定，执行效率高，低成本等。
MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)：又称单片微型计算机(Single ChipMicrocomputer)或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制，通常应用于手机、PC外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等。
绳驱并联机器人是一种将绳索作为驱动元件，实现末端执行机构在空间定位运动的新型机器人，该类机器人凭借在工作空间，有效负载和动态性能等方面独特的优势。其中，绳驱并联机器人已经广泛应用于医疗机器人、起重机、射电望远镜、虚拟现实、摄像系统等技术中。目前针对绳驱并联机器人的运动控制方法只是简单的运动控制，对于绳驱并联机器人的牵引末端操作平台在工作空间中进行复杂运动。当工作空间中出现了一些不可避免地障碍物时，绳索的运动会受到极大限制，从而使得绳驱并联机器人的工作效率大大降低。
基于此，本申请公开了一种基于绳驱并联机器人的避障方法，能够根据工作空间中的障碍物是否影响绳索运动以计算得到旋转角度，以根据旋转角度进行旋转以避开障碍物，从而快速避开障碍物以提高绳驱并联机器人的工作效率。
第一方面，参照图1，本实施例公开了一种基于绳驱并联机器人的避障方法，包括：
S100、获取若干动锚点初始位置信息、若干绳索初始长度和末端动平台期望位置信息；
S200、将若干动锚点初始位置信息和若干绳索初始长度代入正运动学算法以得到末端动平台初始位置信息；
S300、根据末端动平台初始位置信息和若干动锚点初始位置信息确定若干绳索初始方向矢量；
S400、根据若干绳索初始方向矢量、若干动锚点初始位置信息、末端动平台期望位置信息、预设导轨关系式确定若干动锚点移动位置信息；
S500、获取障碍物位置信息和包络半径信息，并根据障碍物位置信息、包络半径信息、动锚点移动位置信息和末端动平台期望位置信息确定旋转角度。
其中，每一根绳索其中一端连接动锚点初始位置另一端连接末端动平台初始位置，所以所有绳索的交点也即公共交点为末端动平台初始位置。正运动学算法是通过已知的动锚点初始位置信息和绳索初始长度计算得到绳索连接的末端动平台初始位置信息。因此，通过根据已知的动锚点初始位置信息和绳索初始长度得到末端动平台初始位置信息，然后根据末端动平台初始位置信息和若干动锚点初始位置信息确定了若干绳索初始方向矢量，通过若干绳索初始方向矢量、若干动锚点初始位置信息、末端动平台期望位置信息确定动锚点移动位置信息，也即计算得到末端动平台初始位置移动到末端动平台期望位置后，动锚点初始位置移动到动锚点移动位置，因此需要计算动锚点移动位置信息。通过确定了障碍物位置信息、包络半径信息、动锚点移动位置信息和末端动平台期望位置信息即可计算旋转角度，则绳驱并联机器人可以根据旋转角度进行旋转以绕开障碍物。其中，旋转角度包括0°和具体数数值角度，若旋转角度为0°则证明不需要将绳驱并联机器人进行旋转，若旋转角度为具体数值角度则根据具体数值角度进行旋转以绕开障碍物，以提高绳驱并联机器人的工作效率。
参照图2，在一些实施例中，步骤S200包括：
S210、根据若干动锚点初始位置信息和若干绳索初始长度确定若干圆方程式；
S220、根据若干圆方程式确定任意两个圆方程式的交点以得到若干圆交点；
S230、获取任意两个圆交点的距离之和最小的圆交点的位置信息以得到末端动平台初始位置信息。
由于绳索一端连接动锚点初始位置另一端连接末端动平台初始位置，因此若干绳索的交点为末端动平台初始位置，且每根绳索以动锚点初始位置为原点制定一个圆也即这根绳索的运动范围。但是绳索受到末端动平台初始位置的限制所以只能运动一段弧度，而且若干绳索构成的多个圆只有一个共同的交点，所以通过计算圆方程式，然后根据每个圆方程式确定任意两个圆的交点以得到圆交点的位置信息，再根据多个圆交点的位置信息计算任意两个圆交点的距离之和，然后获取距离之和中最小的圆交点的位置信息为末端动平台初始位置信息。其中，需要现采集任意两个圆方程式之间的交点有两个圆交点，然后以两个圆方程式相交的两个圆交点作为一组，计算同一组的每个圆交点和另外各个组的圆交点的距离之和，再获取距离之和最小的若干圆交点，通过距离之和最小的圆交点的位置信息确定末端动平台初始位置信息，因此计算末端动平台初始位置信息计算简易且准确。
例如，参照图3，假设本实施例中动锚点初始位置信息设置3个，且绳索也设置3根，假设个动锚点初始位置分别为A、B、C，末端动平台初始位置为P，根据动锚点初始位置信息和对应的绳索初始长度确定以A、B、C为圆心对应的圆方程式。三个圆方程式具体如下：
式中，xA，yA，xB，yB，xC，yC分别表示动锚点初始位置A、B、C的坐标信息，LA，LB，LC分别表示A、B、C动锚点初始位置对应的绳索初始长度。通过建立了3个圆方程式后通过图4可知，三个圆方程式得到A、B、C三个圆，任意两个圆之间存在两个圆交点，因此3个圆得到6个圆交点，且6个圆交点分别设置为3组，3组圆交点定位为：
第一组：圆A和圆B的交点S1、S2；
第二组：圆B和圆C的交点S3、S4；
第三组：圆C和圆A的交点S5、S6。
然后每次分别选择各组一个圆交点，然后计算任意三个圆交点的距离之和，通过找到距离之和最小的三个圆交点，说明着三个圆交点的位置分布最集中，所以末端动平台初始位置信息也最接近这三个圆交点的位置。因此根据三个圆交点的位置信息可以计算得到末端动平台初始位置信息。
参照图5，具体地，步骤S230包括：
S231、获取任意两个圆交点的距离之和最小的圆交点的若干交点坐标信息；
S232、计算若干交点坐标信息的平均值以得到末端动平台初始位置信息。
由于获取距离之和最小的圆交点具有多个，且距离之和最小的多个圆交点的位置分布最集中，也即末端动平台初始位置最接近这些原交点的位置。因此计算距离之和的圆交点的若干交点坐标信息的平均值以得到末端动平台初始位置信息，以得到绳驱并联机器人真实的末端动平台初始位置。
具体地，本实施例动锚点初始位置设置3个，且3个初始动锚点初始位置构建的3个圆后得到6个圆交点，再通过计算距离之和最小的圆交点以得到3个最近的圆交点，然后计算这3个圆交点的交点坐标信息的平均值以得到末端动平台初始位置信息，且末端动平台初始位置信息的计算过程如下：
因此计算得到末端动平台初始位置信息准确且简易，以得到绳驱并联机器人准确的末端动平台初始位置信息。
参照图6，在一些实施例中，步骤S400包括：
S410、根据若干动锚点初始位置信息、若干绳索初始方向矢量、末端动平台期望位置信息确定若干动锚点关系式；
S420、根据若干动锚点关系式和预设导轨关系式确定若干动锚点移动位置信息。
已知末端动平台初始位置信息和末端动平台期望位置信息，因此需要通过已知的末端动平台期望位置信息、动锚点初始位置信息和绳索初始长度使用逆运动学算法计算动锚点移动位置信息。逆运动学算法需要绳索之间的夹角是固定的，且末端动平台在运动过程中，绳索属于平动，也即末端动平台的位置信息改变只是平面的改变并不是三维坐标的改变。其中，预设导轨关系式通过用户根据导轨的形状设定。因此，通过若干动锚点初始位置信息与其对应的绳索初始方向矢量、末端动平台期望位置信息确定每一个动锚点座的动锚点关系式，且动锚点关系式需要满足预设导轨关系式以得到动锚点移动位置信息。因此通过已知的末端动平台期望位置信息、动锚点初始位置信息、绳索初始方向矢量和预设导轨关系是确定若干动锚点移动位置信息，使得动锚点移动位置信息计算简易且准确。
具体地，参照图7，在本实施例中设置3个绳索，且导轨的形状为圆形，所以预设导轨关系式如下：
式中，xid为以A、B、C为圆边构建圆的圆心横坐标，yid为构建圆的圆心纵坐标。
其中，在本实施例中3根绳索的初始方向矢量如下：
假设末端动平台期望位置信息为因此根据3个动锚点初始位置信息、若干绳索初始方向矢量和末端动平台期望位置信息计算得到3个动锚点关系式的公式如下：
由于动锚点关系式需要满足预设导轨关系式，因此通过公式(3)和公式(5)计算得到动锚点移动位置信息。确定了锚点移动位置信息后也可以计算得到绳索初始长度如下：
因此，通过逆运动学算法计算得到3个动锚点移动位置信息简易且准确。
其中，得到了若干动锚点移动位置信息后，根据若干动锚点移动位置信息和末端动平台期望位置信息计算得到若干绳索期望长度，且若干绳索之间的夹角不变，得到了若干绳索期望长度后，可以根据绳索期望长度、若干动锚点移动位置信息和下一个末端动平台期望位置信息计算出下一个动锚点移动位置信息。因此由此循环计算得到绳驱并联机器人的避障过程，使得绳驱并联机器人的避障计算操作简易且准确。
参照图8，在一些实施例中，步骤S500包括：
S510、获取障碍物位置信息和包络半径信息；
S520、根据障碍物位置信息和末端动平台期望位置信息确定障碍物矢量；
S530、根据障碍物矢量和包络半径信息确定安全角度；
S540、根据动锚点移动位置信息和末端动平台期望位置信息确定若干绳索的移动角度；
S550、根据安全角度和移动角度确定旋转角度。
由于绳驱机器人的末端动平台位置由末端动平台初始位置移动到末端动平台移动位置，若工作空间上存在障碍物，且绳索会与障碍物发生干涉，从而影响绳驱机器人的移动，所以需要采取对应的避障策略也即将绳驱并联机器人根据旋转角度进行旋转。因此，通过根据障碍物位置信息和末端动平台期望位置信息确定了障碍物矢量后，根据障碍物矢量和包络半径信息确定安全角度，其中包络半径信息根据障碍物的外形确定一个合适的包络半径，然后根据实际的动锚点移动位置信息和末端动平台期望位置信息确定若干绳索的移动角度，然后将移动角度和安全角度进行计算确定旋转角度，即可根据旋转角度控制绳驱并联机器人进行旋转以避开障碍物，提高绳驱并联机器人的工作效率。
参照图9，在一些实施例中，步骤S550包括：
S551、若移动角度小于安全角度，根据安全角度和所有绳索的移动角度的差值确定旋转角度；
S552、若移动角度大于安全角度，旋转角度为0°。
若移动角度小于安全角度则证明绳驱并联机器人从末端动平台初始位置移动到末端动平台移动位置后，绳索会和障碍物发生干涉，所以通过安全角度和移动角度计算得到旋转角度，则绳驱并联机器人可以根据旋转角度进行旋转以避开障碍物。若移动角度大于安全角度，则表示绳驱并联机器人从末端动平台初始位置移动到末端动平台移动位置后，绳索不会和障碍物发生干涉，则绳驱并联机器人不需要旋转，所以输出的旋转角度为0°。
具体地，在本实施例中设置绳索为3根，参照图10。绳驱并联机器人的末端动平台从P1移动到P2后，绳索A会与障碍物发生干涉，所以需要计算绳驱并联机器人的旋转角度，以通过绳驱并联机器人根据旋转角度旋转后可以避开障碍物以避免发生碰撞。首先需要根据障碍物位置信息计算障碍物矢量如下：
式中，Gox和Goy为障碍物的横坐标和纵坐标，GPx和Gpy为末端动平台的横坐标和纵坐标。
通过障碍物矢量和包络半径信息确定安全角度，也即绳索刚好与障碍物的包络圆相切时，绳索矢量和障碍物矢量的夹角。因此由图11可知，安全角度计算如下：
式中，ro为包络半径，为障碍物矢量。
若绳索按照原本计划不进行避障，绳索与障碍物矢量之间的移动夹角可以通过计算得到θA。然后将移动夹角和安全角度进行比较以确定旋转角度。若移动夹角大于安全角度，也即绳驱并联机器人的末端动平台初始位置移动到末端动平台移动位置不会与障碍物干涉，所以旋转角度为0°，也即绳驱并联机器人不需要旋转。若移动夹角小于安全角度，则表示绳驱并联机器人的末端动平台初始位置移动到末端动平台移动位置后会使绳索和障碍物发生干涉，所以根据所有绳索的移动角度和安全角度的差值计算得到旋转角度，且计算公式如下：
θr＝θi-θs (9)
其中，i＝A,B,C.因此通过计算每个绳索的移动角度和安全角度差值计算以得到旋转角度，则可以根据旋转角度控制整个绳驱并联机器人转动以避障，从而提高绳驱并联机器人的工作效率。
当绳驱并联机器人的末端动平台移动位置需要继续移动，则末端动平台移动位置设置为末端动平台初始位置，以通过上述的步骤继续计算得到下一个末端动平台移动位置信息，然后再计算得到旋转角度，所以可以根据旋转角度进行避障，以提高绳驱并联机器人的工作效率。
下面参考图1至图11以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的基于绳驱并联机器人的避障方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。
获取3个动锚点初始位置信息、3根绳索初始长度和末端动平台期望位置信息，然后假设个动锚点初始位置分别为A、B、C，末端动平台初始位置为P，根据动锚点初始位置信息和对应的绳索初始长度确定A、B、C为圆心对应的圆方程式如公式(1)，然后获取任意两个圆之间的圆交点，然后计算任意三个圆交点的距离之和，通过找到距离之和最小的三个圆交点，说明着三个圆交点的位置分布最集中，所以末端动平台初始位置信息也最接近这三个圆交点的位置，然后计算这3个圆交点的交点坐标信息的平均值以得到末端动平台位置信息。根据3个动锚点初始位置信息、若干绳索初始方向矢量和末端动平台期望位置信息计算得到3个动锚点关系式，由于动锚点关系式需要满足预设导轨关系式，因此通过公式(3)和公式(5)计算得到动锚点移动位置信息。通过每个动锚点移动位置信息和末端动平台期望位置信息确定3个绳索的移动角度，根据障碍物矢量和包络半径信息确定安全角度。若移动夹角大于安全角度，也即绳驱并联机器人的末端动平台初始位置移动到末端动平台移动位置不会与障碍物干涉，所以旋转角度为0°，也即绳驱并联机器人不需要旋转。若移动夹角小于安全角度，则表示绳驱并联机器人的末端动平台初始位置移动到末端动平台移动位置后会使绳索和障碍物发生干涉，所以根据所有绳索的移动角度和安全角度的差值计算得到旋转角度。因此可以根据旋转角度控制绳驱并联机器人进行旋转，以使得绳驱并联机器人运动快速避障，以提高工作效率。
第二方面，本发明实施例还公开了一种基于绳驱并联机器人的避障系统，包括：获取模块100、初始位置计算模块200、矢量计算模块300、移动位置计算模块400和旋转角度计算模块500；获取模块100用于获取若干动锚点初始位置信息、若干绳索初始长度和末端动平台期望位置信息；初始位置计算模块200用于将若干动锚点初始位置信息和若干绳索初始长度代入正运动学算法以得到末端动平台初始位置信息；矢量计算模块300用于根据末端动平台初始位置信息和若干动锚点初始位置信息确定若干绳索初始方向矢量；移动位置计算模块400用于根据若干绳索初始方向矢量、若干动锚点初始位置信息、末端动平台期望位置信息、预设导轨关系式确定若干动锚点移动位置信息；旋转角度计算模块500用于获取障碍物位置信息和包络半径信息，并根据障碍物位置信息、包络半径信息、动锚点移动位置信息和末端动平台期望位置信息确定旋转角度。
通过根据已知的动锚点初始位置信息和绳索初始长度得到末端动平台初始位置信息，然后根据末端动平台初始位置信息和若干动锚点初始位置信息确定了若干绳索初始方向矢量，通过若干绳索初始方向矢量、若干动锚点初始位置信息、末端动平台期望位置信息确定动锚点移动位置信息，也即计算得到末端动平台初始位置信息移动到末端动平台期望位置后，动锚点初始位置移动到动锚点移动位置。通过确定了若干动锚点移动位置信息、包络半径信息、末端动平台期望位置信息即可计算旋转角度，则可以根据旋转角度将整个绳驱并联机器人进行旋转以绕开障碍物，使得绳驱并联机器人正常运动，以提高绳驱并联机器人的工作效率。
在一些实施例中，初始位置计算模块200包括：圆方程式计算单元210、交点获取单元220、位置信息获取单元230；圆方程式计算单元210用于根据若干动锚点位置信息和若干绳索初始长度确定若干圆方程式；交点获取单元220用于根据若干圆方程式确定任意两个圆方程式的交点以得到若干圆交点；位置信息获取单元230用于获取任意两个圆交点的距离之和最小的圆交点的位置信息以得到末端动平台初始位置信息。
通过确定了若干圆方程式后，根据若干圆方程式确定若干圆交点，再计算任意两个圆交点为距离之和以获取距离之和最小的圆交点，以根据圆交点的位置信息得到末端动平台初始位置信息，使得末端动平台初始位置信息计算简易且准确。
其中，一种基于绳驱并联机器人的避障系统的操作过程具体参照第一方面的一种基于绳驱并联机器人的避障方法，此处不再赘述。
第三方面，本发明实施例还公开了一种电子控制设备，包括：
至少一个处理器，以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如第一方面的基于绳驱并联机器人的避障方法。
处理器执行至少一个程序以实现本公开实施例上述基于绳驱并联机器人的避障方法的功能。该电子控制设备可以为包括手机、平板电脑、个人数字助理(PersonalDigital Assistant，简称PDA)、销售终端(Point of Sales，简称POS)、车载电脑等任意智能终端。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
第四方面，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如第一方面的基于绳驱并联机器人的避障方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (9)

1.一种基于绳驱并联机器人的避障方法，其特征在于，包括：
获取若干动锚点初始位置信息、若干绳索初始长度和末端动平台期望位置信息；
将所述若干动锚点初始位置信息和所述若干绳索初始长度代入正运动学算法以得到末端动平台初始位置信息；
根据所述末端动平台初始位置信息和所述若干动锚点初始位置信息确定若干绳索初始方向矢量；
根据所述若干绳索初始方向矢量、所述若干动锚点初始位置信息、所述末端动平台期望位置信息、预设导轨关系式确定若干动锚点移动位置信息；
获取障碍物位置信息和包络半径信息，并根据所述障碍物位置信息、所述包络半径信息、所述动锚点移动位置信息和所述末端动平台期望位置信息确定旋转角度，具体包括：
获取所述障碍物位置信息和所述包络半径信息；
根据所述障碍物位置信息和所述末端动平台期望位置信息确定障碍物矢量；
根据所述障碍物矢量和所述包络半径信息确定安全角度；其中，所述安全角度计算如下：；式中，/>为包络半径信息，/>为障碍物矢量；
根据所述动锚点移动位置信息、所述末端动平台期望位置信息和所述障碍物矢量之间的夹角确定绳索的移动角度；其中，若绳索按照原本计划不进行避障，所述绳索与所述障碍物矢量之间的夹角为所述移动角度；
根据所述安全角度和所述移动角度确定所述旋转角度。
2.根据权利要求1所述的基于绳驱并联机器人的避障方法，其特征在于，所述将所述若干动锚点初始位置信息和所述若干绳索初始长度代入正运动学算法以得到末端动平台初始位置信息，包括：
根据所述若干动锚点初始位置信息和所述若干绳索初始长度确定若干圆方程式；
根据所述若干圆方程式确定任意两个所述圆方程式的交点以得到若干圆交点；
获取任意两个圆交点的距离之和最小的所述圆交点的位置信息以得到所述末端动平台初始位置信息。
3.根据权利要求2所述的基于绳驱并联机器人的避障方法，其特征在于，所述获取任意两个圆交点的距离之和最小的所述圆交点的位置信息以得到所述末端动平台初始位置信息，包括：
获取任意两个圆交点的距离之和最小的所述圆交点的若干交点坐标信息；
计算所述若干交点坐标信息的平均值以得到所述末端动平台初始位置信息。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基于绳驱并联机器人的避障方法，其特征在于，所述根据所述若干绳索初始方向矢量、所述若干动锚点初始位置信息、所述末端动平台期望位置信息、预设导轨关系式确定若干动锚点移动位置信息，包括：
根据所述若干动锚点初始位置信息、所述若干绳索初始方向矢量、所述末端动平台期望位置信息确定若干动锚点关系式；
根据所述若干动锚点关系式和所述预设导轨关系式确定所述若干动锚点移动位置信息。
5.根据权利要求4所述的基于绳驱并联机器人的避障方法，其特征在于，所述根据所述安全角度和所述移动角度确定所述旋转角度，包括：
若所述移动角度小于所述安全角度，根据所述安全角度和绳索的所述移动角度的差值确定所述旋转角度；
若所述移动角度大于所述安全角度，所述旋转角度为0°。
6.一种基于绳驱并联机器人的避障系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取若干动锚点初始位置信息、若干绳索初始长度和末端动平台期望位置信息；
初始位置计算模块，用于根将所述若干动锚点初始位置信息和所述若干绳索初始长度代入正运动学算法以得到末端动平台初始位置信息；
矢量计算模块，用于根据所述末端动平台初始位置信息和所述若干动锚点初始位置信息确定若干绳索初始方向矢量；
移动位置计算模块，用于根据所述若干绳索初始方向矢量、所述若干动锚点初始位置信息、所述末端动平台期望位置信息、预设导轨关系式确定若干动锚点移动位置信息；
旋转角度计算模块，用于获取障碍物位置信息和包络半径信息，并根据所述障碍物位置信息、所述包络半径信息、所述动锚点移动位置信息和所述末端动平台期望位置信息确定旋转角度，具体包括：
获取所述障碍物位置信息和所述包络半径信息；
根据所述障碍物位置信息和所述末端动平台期望位置信息确定障碍物矢量；
根据所述障碍物矢量和所述包络半径信息确定安全角度；其中，所述安全角度计算如下：；式中，/>为包络半径信息，/>为障碍物矢量；
根据所述动锚点移动位置信息、所述末端动平台期望位置信息和所述障碍物矢量之间的夹角确定绳索的移动角度；其中，若绳索按照原本计划不进行避障，所述绳索与所述障碍物矢量之间的夹角为所述移动角度；
根据所述安全角度和所述移动角度确定所述旋转角度。
7.根据权利要求6所述的基于绳驱并联机器人的避障系统，其特征在于，所述初始位置计算模块包括：
圆方程式计算单元，用于根据所述若干动锚点初始位置信息和所述若干绳索初始长度确定若干圆方程式；
交点获取单元，用于根据所述若干圆方程式确定任意两个所述圆方程式的交点以得到若干圆交点；
位置信息获取单元，用于获取任意两个圆交点的距离之和最小的所述圆交点的位置信息以得到所述末端动平台初始位置信息。
8.一种电子控制设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器，以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至5任一项所述的基于绳驱并联机器人的避障方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至5任一项所述的基于绳驱并联机器人的避障方法。
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