控制理论与应用

作者：郝林佳,叶灿,都书鲜,王宇,武博,张楠

单位：首都医科大学生物医学工程学院,首都医科大学生物医学工程学院,首都医科大学生物医学工程学院,首都医科大学生物医学工程学院,首都医科大学生物医学工程学院,首都医科大学生物医学工程学院

关键词：避障; 路径规划; 手术机器人; 人工势场; 自适应步长; 局部极小值

基金：国家自然科学基金项目(61672362), 北京市自然科学基金项目(4172012)资助.

运动避障与路径规划是手术机器人自动化手术中重要的技术环节, 为机器人手术提供了良好的术中安全性及准确性. 本研究针对上述两关键技术, 提出改进人工势场的手术机器人位姿规划算法, 首先, 通过对引力函数进行改进, 在不求取运动学逆解的情况下, 能够准确驱动机械臂到达指定位姿; 接着, 利用快速凸包算法将障碍物凸体化, 通过Gilbert Johnson Keerthi (GJK)算法计算障碍物与机械臂连杆等效圆柱面之间的最近距离, 使避障距离更加准确; 然后, 通过自适应步长, 使机械臂运动更加平稳快速; 最后, 引入动态引力常数, 使机械臂具有逃离局部极小值的能力. 实验结果表明, 本研究能够让机器人在避障情况下平稳快速到达规划位姿, 并在陷入局部极小值时逃逸,为未来医疗机器人在自动化手术方面提供了新思路.

来源：2022年第6期

《控制理论与应用》期刊编辑部

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