基于目标导向的连续型机器人路径规划

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1、2013年11月第39卷第11期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsNovember2013Vol_39No．11基于目标导向的连续型机器人路径规划高庆吉王磊牛国臣王维娟(中国民航大学机器人研究所，天津300300)摘要：采用连续型机器人对空间约束严格的飞机油箱进行检查，研究了其在类似凸体空间内的路径规划问题，提出一种基于目标导向的规划算法．针对空间盲目搜索算法时间复杂度高问题，研究降维和区域划分策略．引入目标导向角，建

2、立目标点与变量搜索范围的关系，优化搜索过程并设计评价函数对搜索结果寻优．进行仿真实验，结果验证了算法的可行性和有效性．关键词：连续型机器人；凸体空间；路径规划；降低维度；目标导向中图分类号：TP242．3文献标识码：A文章编号：1001．5965(2013)11—1486-05PathplanningforcontinuumrobotbasedontargetguidedangleGaoQingjiWangLeiNiuGuochenWangWeijuan(RoboticsInstitute，CivilAviat

3、ionUniversityofChina，Tianjin300300，China)Abstract：Toinspecttheaircraftfueltankwhichhasstrongspaceconstraints，pathplanningforcontinu—amrobotappliedtothiskindofconvexspacewasstudied．Analgorithmbasedontargetguidedanglewaspresented．Strategiesofdimensionreduction

4、andregionaldivisionwereproposedtodecreasethehightimecomplexityofblindsearch．Therelationshipbetweenthetargetandthesearchingrangeofjointvariableswasestablishedbyintroducingthetargetguidedangle．Thenthesearchprocesswasoptimizedandevaluationfunc-tionwasproposedto

5、evaluateresultsofsearchalgorithm．Feasibilityandeffectivenessofthealgorithmarecon-firmedthroughsimulativeresults．Keywords：continuumrobot；convexspace；pathplanning；dimensionreduction；targetguided在民航机务维修中，油箱检查作业一般采用目视法，即机务人员进入油箱完成检查任务．油箱内部为易燃易爆的油气环境，人工进入油箱作业效率低，

6、而且需要反复多次，亟需一种机器人代替机务人员完成检查工作．具有超冗余自由度的连续型机器人具有柔性“脊椎”仿生结构，可以柔顺而灵活地改变自身的形状，能够较好地适应类似飞机油箱等空间约束较为严格的环境，由此提出采用连续型机器人完成油箱检查作业．结合机器人本体结构及空间结构约束的路径规划是机器人控制的前提．与离散型机器人不同，连续型结构运动过程中存在耦合，不能将机器人简单地视为单个质点或者规则多边形，路径规划实质为针对具有结构约束的柔性体多点同时规划．针对连续型机器人路径规划的研究鲜有报道．文献[1]提出连续型机器人

7、概念并分析与离散机器人、蜿蜒机器人的区别．文献[2—3]研制了一种利用绳索驱动的具有柔性支架的连续型机器人，应用于喉咙微创手术，采用微分方法建立了运动学模型，建模方法复杂．文献[4]研制了采用气压支撑来保持形状四线驱动的连续型机器人Air—Octor，利用修正的D-H方法分析了机器人运动学，分析结果不够直观．文献[5]设计了一种连续型机器人柔顺运动控制器，实现单关节柔顺控制，没有对多关节控制器进行研究．文献[6]研制了用于人体心脏疾病检查的连续体型机器人，利用收稿日期：2012—12—24；网络出版时间：201

8、3-10—1409：53网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20131014．0953．003．html基金项目：中央高校基本科研业务费资助项目(ZXH2011D008)作者简介：高庆吉(1966一)，男，黑龙江桦川人，教授，gaoqingji@vip．sohu．coin．第l】期高庆吉等：基于目标导向的连续型机器人路径规划四线驱动实现对