一种排爆机器人路径规划方法及系统与流程

本发明涉及机器人控制，具体涉及一种排爆机器人路径规划方法及系统。

背景技术：

1、排爆机器人用于代替人员对可疑爆炸装置实施抵近、处置与排除，其作业过程通常包括从安全起点抵近至装置附近、由机械臂携带处置器对装置的功能点实施处置、随后撤离至安全区三个环节。为提高作业的安全性与可靠性，需要对抵近、处置与撤离的路径进行规划。

2、现有移动作业机器人的路径规划主要采用基于可达性分析与启发式搜索的方法。在位姿确定方面，现有技术通过逆运动学或逆可达性分析确定机械臂能够完成末端任务的若干候选驻留位姿。在路径生成方面，现有技术在代价地图上规划自起点至候选驻留位姿的访问路径，并以路径长度或通行时间为导向进行优选。在避险处理方面，现有技术依据外部环境给定的危险区域或障碍分布规划避让或撤离路径。

3、然而，现有技术至少存在以下不足：

4、其一，现有路径规划多以离散驻留位姿的终端可达性为依据规划访问路径，且该可达性多为几何或运动学意义上的静态终端可达，未计及机械臂携带处置器由行进构型展开至处置构型所需的时间；在抵近排爆这类目标可能随时活化的场景中，机器人在抵近途中既不具备即时实施处置的能力，又可能在到位后因构型展开超时而错失处置时机。

5、其二，现有路径规划通常针对单一确定的环境约束进行，而可疑爆炸装置的触发机理在处置前往往未知，可能存在振动、倾斜、移动或电磁等多种触发可能；缺乏对多种触发可能的鲁棒处理，按单一假设规划的路径在实际触发机理不同时可能失效。

6、其三，现有撤离或避险路径规划多将危险区域作为外部既定的环境输入，未对处置动作自身诱发的碎片、抛撒物、部分起爆等次生危险进行建模，而该危险的空间分布随处置位姿的不同而改变，现有技术也未将其与处置位姿、撤退走廊进行耦合规划。

7、上述问题相互关联：抵近全程即时处置能力与构型转换时限的缺失共同导致机器人难以在抵近过程中可靠地随时实施处置，而对处置动作自致危险的建模缺失使撤离规划无法计及处置动作的反作用，难以形成抵近、处置、撤离的安全闭环。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本发明实施例提供一种排爆机器人路径规划方法及系统，用以解决现有技术中抵近全程即时处置能力与构型转换时限的缺失共同导致机器人难以在抵近过程中可靠地随时实施处置，而对处置动作自致危险的建模缺失使撤离规划无法计及处置动作的反作用，难以形成抵近、处置、撤离的安全闭环的技术问题。

2、第一方面，本发明提供了一种排爆机器人路径规划方法，排爆机器人包括移动平台和设于其上的持有处置器的机械臂，包括：

3、s1：获取可疑爆炸装置的功能点位置、处置器的对准条件与站距条件，以及对可疑爆炸装置的至少一种触发敏感性类型假设；

4、s2：对移动平台的任一候选位姿，当机械臂能在设定动作时限内由行进构型无碰撞调整至满足对准条件与站距条件的处置构型、且在每一触发敏感性类型假设下均能完成该调整时，将该候选位姿划入处置就绪域；

5、s3：根据处置就绪域内的候选位姿即候选处置位姿与处置器的类型，构建表征碎片、抛撒物以及部分起爆作用中至少一种的自致危险场；

6、s4：在处置就绪域内选取处置位姿，并规划经处置位姿的抵近路径及返回至安全区的撤退走廊，使抵近路径每一点均落入处置就绪域、撤退走廊在自致危险场中的累计暴露不超过设定暴露阈值且为各候选处置位姿中的最小值；

7、s5：控制排爆机器人沿抵近路径运动至处置位姿、实施处置并沿撤退走廊撤离。

8、第二方面，本发明提供了一种排爆机器人路径规划系统，包括：处理器和存储器；

9、存储器存储可在处理器上运行的程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现第一方面的排爆机器人路径规划方法的步骤。

10、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

11、（1）通过将抵近路径上的每一点均纳入处置就绪域约束，并在该域的判定中计入机械臂由行进构型调整至处置构型的设定动作时限，使排爆机器人在抵近全程的任一时刻均能在设定动作时限内对随时可能活化的爆炸装置实施处置；相比仅在离散驻留位姿判定静态终端可达的方式，既提高了应对装置突然活化的及时性，又避免了到位后因构型展开超时而错失处置时机；

12、（2）通过对至少一种触发敏感性类型假设按最坏情形确定处置就绪域，相比按单一触发敏感性类型假设规划的方式，提高了在装置触发机理未知情形下的鲁棒性；

13、（3）通过根据处置位姿与处置器类型构建自致危险场，并将处置位姿、自致危险场与撤退走廊纳入同一求解过程，相比将危险区域作为外部既定输入、且将抵近与撤离分阶段独立规划的方式，使撤离规划计及处置动作自身诱发的危险，避免撤离路径因未计及处置动作的反作用而失效，从而形成抵近、处置、撤离的安全闭环。

1.一种排爆机器人路径规划方法，所述排爆机器人包括移动平台和设于其上的持有处置器的机械臂，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的排爆机器人路径规划方法，其特征在于，所述对准条件为所述处置器的作用轴线与功能点处表面法向之间的夹角不超过预设对准角度阈值；所述站距条件为所述处置器的作用端至功能点的距离落入预设站距区间。

3.根据权利要求1所述的排爆机器人路径规划方法，其特征在于，所述触发敏感性类型假设包括振动触发假设、倾斜触发假设、移动触发假设以及电磁触发假设中的至少一种；每一所述触发敏感性类型假设对应一组对所述排爆机器人的运动量、施力方向、接触方式或电磁发射的约束，所述约束并入所述处置构型的可行性判定或构型转换时间的计算。

4.根据权利要求1所述的排爆机器人路径规划方法，其特征在于，所述s2具体包括：

5.根据权利要求1所述的排爆机器人路径规划方法，其特征在于，所述s3具体包括：

6.根据权利要求5所述的排爆机器人路径规划方法，其特征在于，所述碎片危险子场以所述候选处置位姿处所述处置器的作用轴线为中心轴呈锥形分布，所述候选处置位姿处所述处置器的作用端所在的位置为处置作用点，所述碎片危险子场在空间一点的强度随该点至所述处置作用点的距离的增大而衰减，并随该点相对于所述作用轴线的偏离角度的增大而衰减。

7.根据权利要求5所述的排爆机器人路径规划方法，其特征在于，所述加权系数根据所述处置器的类型确定，对以射弹方式作用的处置器，所述碎片危险子场的加权系数大于所述抛撒危险子场的加权系数以及所述部分起爆超压子场的加权系数；对以抛撒方式作用的处置器，所述抛撒危险子场的加权系数大于所述碎片危险子场的加权系数以及所述部分起爆超压子场的加权系数；对引发部分起爆的处置，所述部分起爆超压子场的加权系数大于所述碎片危险子场的加权系数以及所述抛撒危险子场的加权系数。

8.根据权利要求1所述的排爆机器人路径规划方法，其特征在于，所述s4具体包括：

9.根据权利要求1所述的排爆机器人路径规划方法，其特征在于，还包括：

10.一种排爆机器人路径规划系统，其特征在于，包括：处理器和存储器；