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专利号: 2018104632672
申请人: 河南科技学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 手动工具;轻便机动工具;手动器械的手柄;车间设备;机械手
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种排爆机器人双臂协同控制系统,其特征在于,步骤如下:

S1,建立排爆数据库;

机器人通过学习训练传统排爆过程,得出一个排爆数据库;所述排爆数据库包括任务知识数据库、任务库和机械臂知识能力库;

S2,获取任务并将任务分配;

排爆机器人探寻到未爆物时,得到排爆任务,并采用一种基于trader集中式的双臂空间机器人任务分配方法将任务分配;

S3,进行任务分解;

S4,对机械臂进行路径规划;

机械臂上的控制器接收末端执行器的各传感器实时采集的自身位置和方位信息,控制器将接收检测信息并将检测信息通过卡尔曼滤波器进行滤波并预测下一时刻的位置和方位信息,控制器将得到的预测信息传输给另一机械臂的控制器上,实现两个机械臂之间的相互通讯;通过两臂控制器之间的通信使得一个机械臂对于另一个机械臂的反应做出相应的动作、轨迹规划和决策;

S5,机械臂向停驻点进行运动过程中进行智能避免碰撞;

所述碰撞包括机械臂之间的碰撞以及机械臂与障碍物的碰撞;机械臂连杆进行障碍物的探测,并通过状态感知器将环境状态映射为机械臂的内部感知,工作选择器根据当前策略选择避障动作作用于环境,训练决策器通过更新学习策略知识用于后续动作的选择。

2.根据权利要求1所述的一种排爆机器人双臂协同控制系统,其特征在于:在步骤S2中,具体步骤为:S2.1建立机械臂任务能力知识库,包括机械臂能力信息和任务的能力信息;

S2.1.1,机械臂的能力;

所述机械臂的能力包括能力类型和与能力类型相对应的能力水平

S2.1.2,任务的能力信息;

S2.2,根据分解动作序列对应的机械臂能力信息和任务能力信息选择执行动作的机械臂;

比较每一个分解动作序列所对应的机器臂能力信息和任务能力信息的大小,当机械臂能力水平大于任务对机械臂能力的需求强度,表示当前机械臂能完成该分解动作;

S2.3,使两个机械臂的控制器之间进行通信,分别以对方为参照物,判断将已经分解的任务如何分配给两个机械臂,使两个机械臂可以合作完成;

机器人以构建的能力集合为标准,将每一个子任务按序与机械臂能力集合做对比,设当前其中一个子任务为pk,若存在Lij>=Wkj,则表示机械臂能完成任务,则优先为机械臂A分配此任务,将机械臂A已分配的任务对应的能力Lij值降低或归零,然后进行下一个子任务与机械臂能力集合的对比,优先进行机械臂A的现有能力匹配,当机械臂A能力集合不满足Lij>=Wkj时,则进行机械臂B的能力集合匹配,机械臂B的能力集合匹配同机械臂A。

3.根据权利要求2所述的一种排爆机器人双臂协同控制系统,其特征在于:在步骤S2.1.1中,具体步骤为:S2.1.1.1,机械臂的能力类型;

机械臂具有多种不同的能力,如抓握能力、负载能力、灵活程度、指端力觉能力,视觉能力、腕力觉能力、运算能力、通信能力、灵巧能力,这些能力细化为单个的原子能力,并将这些原子能力组成能力类型集合:机械臂的能力类型集合是由m个原子能力cj组成的能力集合:

C={cj},1≤j≤m;

S2.1.1.2,机械臂的能力水平;

机械臂的每个原子能力都具有一个对应的能力水平,第i个机械臂的原子能力cj的能力水平为Lij,取值范围为0≤Lij≤1,第i个机械臂的第cj项能力越高,则Lij越大,即Lij=diag{Li1,Li2,…,Lij,…,Lim}。

4.根据权利要求2所述的一种排爆机器人双臂协同控制系统,其特征在于:在步骤S2.1.2中,具体步骤为:S2.1.2.1,任务对机械臂某一原子能力cj的需求为Nkj;

即如果任务需要第cj项能力,Nkj取1,否则取0,即

S2.1.2.2,完成任务对机械臂某一原子能力cj的需求强度为Wkj;

取值范围为0≤Wkj≤1,第cj项能力对任务的影响越大,则Wkj越大,即Wkj=diag{Wk1,Wk2,…,Wkj,…,Wkm}。

5.根据权利要求1所述的一种排爆机器人双臂协同控制系统,其特征在于:在步骤S3中,机械臂的任务描述表示为一个隐式动作计划,它指定了一个根据隐式基本操作和执行顺序关系的子目标集合,其中机械臂主要用来处理未爆物,动作序列主要包括初始状态、接近未爆物、调整姿态、到达、抓取、提升、旋转、腕部翻转、闭合手爪、暂停工作等子任务;当机械臂获得各自分配的任务之后通过任务知识将其各自任务分为一个子任务序列,同时产生与子任务相对应的动作序列,在机械臂动作序列表中查找到相应的动作序列,对其进行链接得到机械臂的详细动作序列,每一个步骤的动作序列都对应一系列的运动控制函数再进行相应的函数描述。

6.根据权利要求1所述的一种排爆机器人双臂协同控制系统,其特征在于:在步骤S4中,具体步骤为:S4.1,对末端执行器的关节空间坐标进行规划;

通过排爆知识库得到的任务操作序列对机械臂末端执行器的关节空间坐标进行规划;

S4.2,机械臂路径规划;

采用栅格法进行机械臂的运动路径规划,具体步骤如下:

S4.2.1,经过步骤S2和步骤S3,机械臂获取到任务以及子任务序列,也就是得知机械臂的目标点位置;

S4.2.2,以机械臂的底座在空间的位置为原点,建立三维坐标系,设置以机械臂底座为中心,机械臂连杆长度之和为半径的球形空间;在球形空间中以i为栅格宽度,将球形空间划分为若干三维栅格;

S4.2.3,通过机械臂配备的传感器对当前机械臂附近环境进行信息采集,实时判断障碍物的空间位置,将存在障碍物的栅格定义为障碍栅格,不存在障碍物的栅格定义为自由栅格;

S4.2.4,机械臂根据自身当前状态、目标点和自由度分布信息,在现有的自由栅格范围内,使用A*算法搜索出最优的通向目标点的路径。

7.根据权利要求1所述的一种排爆机器人双臂协同控制系统,其特征在于:在步骤S5中,机械臂通过超声波传感器得到当前障碍物的空间位置,且通过各个关节连杆状态感知器反馈回的信息得到机械臂当前姿态偏差角和转动增量;当机械臂与障碍物或另一机械臂之间的距离di<d时,其中,d为系统设置的机械臂与障碍物或另一机械臂之间最小距离,机械臂通过栅格法,在当前的自由栅格范围内,通过训练决策器和动作选择器选择动作X,使机械臂与障碍物之间的距离di≥d,完成避障。

8.根据权利要求7所述的一种排爆机器人双臂协同控制系统,其特征在于:在每节关节连杆内部都配备有状态感知器,训练决策器和动作选择器三个模块,状态感知器将环境状态映射成其内部感知,动作选择器则是根据当前策略选择合理的动作作用于环境,训练决策器则是根据环境反馈以及内部感知来训练更新策略知识以用于机械臂后续工作动作的选择,且训练决策器提前对各种环境进行感知学习训练构建数据库,确定机械臂避免碰撞时各连杆运动方向、转动角度、移动路程等;动作选择器根据训练决策器得到的当前策略选择动作X作用于环境达到避免碰撞的效果。