一种基于FABRIK算法的连续体机器人启发式避障算法

连续体机器人是一种新型的仿生机器人，具有可以连续变形的骨架结构。连续体机器人广泛应用于航空原位检修，核电设施维护，医疗手术操作等领域。由于超冗余的自由度和受限的工作环境，连续体机器人的避障和运动规划存在着运算效率低，运算求解过程复杂，难以添加全局约束等问题。

近日，北京航空航天大学于靖军教授和裴旭教授课题组在Science China Technological Sciences发表了题为“A novel obstacle avoidance heuristic algorithm of continuum robotbased on FABRIK”的论文，裴旭教授为通信作者，吴昊然硕士为第一作者。该文章基于正向反向协同逆运动学算法提出了一种启发式避障算法，为解决连续体机器人的避障及运动规划问题提供了新的思路。

该算法通过对关键节点施加全局约束，并提前判断障碍物的位置，进而实现了连续体机器人在复杂环境中的避障及路径跟随运动（图1）。在避障过程中，关键节点的更新可看作是电荷在电场中的运动（图2），提出了一种关键节点的启发式距离作用函数，从而避免了复杂的非线性运算。

图1 连续体机器人启发式避障算法。

(a)碰撞检测；(b) 更新发生碰撞的节点；(c) 更新其他节点；(d) 节点移动示意图

图2 连续体机器人避障策略。(a)障碍物对检测点的作用函数；(b) 关键节点的更新

该算法具有运算效率高，收敛速度快，鲁棒特性强等优点。得益于算法较强的适用性，可以被应用于基座移动和基座固定的连续体机器人（图3，4）。

图3 基座固定的连续体机器人避障

图4 基座移动的连续体机器人避障