CN111958589A - 一种多机械臂轨迹防碰撞方法及系统 - Google Patents

一种多机械臂轨迹防碰撞方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多机械臂轨迹防碰撞方法及系统，该系统包括控制器和各个机械臂，控制器和各个机械臂之间通信连接。该方法包括：获取预设的多个机械臂轨迹路径，每个机械臂的轨迹路径包括按照预设顺序关联的多个节点；分别对每个机械臂的多个节点编排序号，其中多个机械臂中的相同序号表示机械臂在相同的时间点所处的节点；对多个机械臂轨迹路径进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值，具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集；将调整后的机械臂轨迹路径发送给各个机械臂；各个机械臂根据调整后的机械臂轨迹路径进行移动。能够避免多机械臂的轨迹重叠，避免多机械臂的碰撞对机械臂造成损伤。

Description

一种多机械臂轨迹防碰撞方法及系统
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种多机械臂轨迹防碰撞方法及系统。
背景技术
在比较复杂的工业机器人运行环境中，多机械臂的轨迹往往有重叠，对于多机械臂机器人系统工作时，各机械臂均处在动态的、不确定的非结构性环境中，在移动机械臂时，轨道发生重叠的现象时比较难控制，容易出现碰撞的情况，碰撞很容易发生机器人跌倒，而导致增加机械磨损度，损坏机械臂，如何避免多机械臂的轨迹重叠，避免多机械臂的碰撞是实现多臂机器人自动作业的前提。
发明内容
本发明提供一种多机械臂轨迹防碰撞方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
第一方面，本发明实施例提供了一种多机械臂轨迹防碰撞方法，所述方法包括：
获取预设的多个机械臂轨迹路径，每个机械臂的轨迹路径包括按照预设顺序关联的多个节点；
分别对每个机械臂的多个节点编排序号，其中多个机械臂中的相同序号表示机械臂在相同的时间点所处的节点；
对多个机械臂轨迹路径进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值，具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集；
将调整后的机械臂轨迹路径发送给各个机械臂；
各个机械臂根据调整后的机械臂轨迹路径进行移动。
本发明实施例提供的一种多机械臂轨迹防碰撞方法，至少具有以下有益效果：
进一步，对多个机械臂轨迹路径进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值，具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集包括：
计算具有相同序号的节点之间的欧式距离，对欧式距离小于等于第一阈值的节点进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值；
获取每个机械臂中相同序号的节点到下一个节点的移动路线，对移动路线有交集的机械臂的所述相同序号的节点进行调整，使得具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集。
进一步，每个机械臂的轨迹路径还包括机械臂标识，所述机械臂标识与机械臂的轨迹路径关联。
进一步，将调整后的机械臂轨迹路径发送给各个机械臂为：将调整后的机械臂轨迹路径发送给与机械臂标识对应的机械臂。
进一步，所述方法还包括：
获取机械臂上的距离传感器的检测信号，根据检测信号确定机械臂之间的距离；当机械臂之间的距离小于第一阈值时，降低机械臂的移动速度；当机械臂之间的距离小于第二阈值时，发送制动指令给距离小于第二阈值的两个机械臂，以使距离小于第二阈值的两个机械臂停止移动，其中第二阈值小于第一阈值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种多机械臂轨迹防碰撞系统，所述系统包括：控制器和各个机械臂，控制器和各个机械臂之间通信连接；
所述控制器包括：
获取模块，用于获取预设的多个机械臂轨迹路径，每个机械臂的轨迹路径包括按照预设顺序关联的多个节点；
编排模块，用于分别对每个机械臂的多个节点编排序号，其中多个机械臂中的相同序号表示机械臂在相同的时间点所处的节点；
调整模块，用于对多个机械臂轨迹路径进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值，具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集；
发送模块，用于将调整后的机械臂轨迹路径发送给各个机械臂；
机械臂，用于接收所述调整后的机械臂轨迹路径，并根据调整后的机械臂轨迹路径进行移动。
本发明实施例提供的一种多机械臂轨迹防碰撞系统，至少具有以下有益效果：
进一步，调整模块包括：
第一调整子模块，用于计算具有相同序号的节点之间的欧式距离，对欧式距离小于等于第一阈值的节点进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值；
第二调整子模块，用于获取每个机械臂中相同序号的节点到下一个节点的移动路线，对移动路线有交集的机械臂的所述相同序号的节点进行调整，使得具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集。
进一步，每个机械臂的轨迹路径还包括机械臂标识，所述机械臂标识与机械臂的轨迹路径关联。
进一步，发送模块，用于将调整后的机械臂轨迹路径发送给与机械臂标识对应的机械臂。
进一步，所述系统还包括多个距离传感器，所述多个距离传感器分别设置在多个机械臂末端；
距离传感器，用于将检测信号发送给控制器；
所述控制器，用于获取机械臂上的距离传感器的检测信号，根据检测信号确定机械臂之间的距离；当机械臂之间的距离小于第一阈值时，发送控制信号给距离小于第一阈值的两个机械臂，以降低机械臂的移动速度；当机械臂之间的距离小于第二阈值时，发送制动指令给距离小于第二阈值的两个机械臂，以使距离小于第二阈值的两个机械臂停止移动，其中第二阈值小于第一阈值；
机械臂，用于接收到所述控制信号时，降低机械臂的移动速度，接收到制动指令时，停止移动。
本发明至少具有以下有益效果：能够避免多机械臂的轨迹重叠，避免多机械臂的碰撞对机械臂造成损伤，提高多机械臂移动的稳定性。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明一个实施例提供的一种多机械臂轨迹防碰撞方法的流程图。
图2是本发明另一个实施例提供的一种多机械臂轨迹防碰撞方法的流程图。
图3是本发明另一个实施例提供的一种多机械臂轨迹防碰撞方法的流程图。
图4是本发明另一个实施例提供的一种多机械臂轨迹防碰撞方法的流程图。
图5是本发明一个实施例提供的多机械臂轨迹防碰撞系统的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
如图1所示，图1是本发明一个实施例提供的一种多机械臂轨迹防碰撞方法。所述方法包括步骤S11-S15。
S11、获取预设的多个机械臂轨迹路径，每个机械臂的轨迹路径包括按照预设顺序关联的多个节点；
S12、分别对每个机械臂的多个节点编排序号，其中多个机械臂中的相同序号表示机械臂在相同的时间点所处的节点；
S13、对多个机械臂轨迹路径进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值，具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集；
S14、将调整后的机械臂轨迹路径发送给各个机械臂；
S15、各个机械臂根据调整后的机械臂轨迹路径进行移动。
在一实施例中，每个机械臂的轨迹路径还包括机械臂标识，所述机械臂标识与机械臂的轨迹路径关联。将调整后的机械臂轨迹路径发送给各个机械臂具体为：将调整后的机械臂轨迹路径发送给与机械臂标识对应的机械臂。
在一实施例中，为了更进一步防止机械臂之间发生碰撞，在机械臂的末端设置有距离传感器。所述方法还包括：
获取机械臂上的距离传感器的检测信号，根据检测信号确定机械臂之间的距离；当机械臂之间的距离小于第一阈值时，降低机械臂的移动速度；当机械臂之间的距离小于第二阈值时，发送制动指令给距离小于第二阈值的两个机械臂，以使距离小于第二阈值的两个机械臂停止移动，其中第二阈值小于第一阈值。
在机械臂从当前节点移动到下一个节点的过程中，通过机械臂上的距离传感器的检测信号得到机械臂之间的距离小于第一阈值时，则降低机械臂的移动速度，以免速度太快，来不及控制从而机械臂之间发生碰撞，当机械臂之间的距离小于第二阈值时，发送制动指令以控制距离小于第二阈值的两个机械臂停止移动。由于调整后的机械臂轨迹路径中，每个机械臂轨迹路径中具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集，正常情况下，机械臂之间并不会发生碰撞，为了避免出现异常，为了更进一步防止机械臂之间发生碰撞，进一步对移动中的机械臂之间的距离进一步检测，在机械臂之间的距离小于第二阈值时，停止移动。该第二阈值比正常情况下机械臂之间的距离要小。
在一实施例中，步骤S13具体包括步骤S21和S22。
S21、计算具有相同序号的节点之间的欧式距离，对欧式距离小于等于第一阈值的节点进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值。
具体地，假设具有n个机械臂，节点Pik的坐标为(xik，yik，zik)，节点Pjk的坐标为(xjk，yjk，zjk)，其中节点Pik表示第i个机械臂序号为k的节点，节点Pjk表示第j个机械臂序号为k的节点，其中i，j小于等于n，n大于等于2，k大于1的为正整数，则节点Pik与节点Pjk的欧式距离为公式(1)：
Figure BDA0002571729570000051
机械臂X、Y、Z轴上的可调节范围为ΔU，ΔU根据实际机械臂情况而设定，当dijk小于等于第一阈值时，先保存X、Y轴的坐标不变，调节Z轴的坐标：
z′ik＝zik+M*ΔU (2)；
z′jk＝zjk-M*ΔU (3)；
其中
Figure BDA0002571729570000052
对M取值为
Figure BDA0002571729570000053
将z′ik和z′jk替换公式(1)中的zik和zjk，dijk距离大于第一阈值，则将M取值为
Figure BDA0002571729570000054
时的z′ik和z′jk作为节点Pik与节点Pjk在Z轴的新坐标，当距离小于等于第一阈值时，对M取值为
Figure BDA0002571729570000055
将z′ik和z′jk替换公式(1)中的zik和zjk，dijk距离大于第一阈值，则将M取值为
Figure BDA0002571729570000056
时的z′ik和z′jk作为节点Pik与节点Pjk在Z轴的新坐标，当距离小于等于第一阈值时，对M取值为
Figure BDA0002571729570000057
将z′ik和z′jk替换公式(1)中的zik和zjk，dijk距离大于第一阈值，则将M取值为
Figure BDA0002571729570000058
时的z′ik和z′jk作为节点Pik与节点Pjk在Z轴的新坐标，当距离小于等于第一阈值时，对M取值为1，将z′ik和z′jk替换公式(1)中的zik和zjk，dijk距离大于第一阈值，则将M取值为1时的z′ik和z′jk作为节点Pik与节点Pjk在Z轴的新坐标。
对Z轴进行调节，当M取值为1时的dijk距离依然小于等于第一阈值时，z′ik＝zik+ΔU，z′jk＝zjk-ΔU；此时X轴保持不变，调节Y轴的坐标：
y′ik＝yik+M*ΔU (4)；
y′jk＝yjk-M*ΔU (5)；
M依次取值为
Figure BDA0002571729570000059
直至dijk距离大于第一阈值。
对Y轴进行调节，当M取值为1时的dijk距离依然小于等于第一阈值时，z′ik＝zik+ΔU，z′jk＝zjk-ΔU；y′ik＝yik+ΔU；y′jk＝yjk-ΔU；调节X轴的坐标：
x′ik＝xik+M*ΔU (6)；
x′jk＝xjk-M*ΔU (7)；
M依次取值为
Figure BDA00025717295700000510
直至dijk距离大于第一阈值。由于
Figure BDA0002571729570000061
大于第一阈值，因此，对X、Y、Z轴调节后其dijk距离必然会大于第一阈值。
S22、获取每个机械臂中相同序号的节点到下一个节点的移动路线，对移动路线有交集的机械臂的所述相同序号的节点进行调整，使得具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集。
按照步骤S21中对节点的调节方式对移动路线有交集的机械臂的所述相同序号的节点进行调节，使得各机械臂相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值，并且各个机械臂中具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集。
在一实施例中，步骤S21包括步骤S31-S37。
步骤S31、设置指针，将指针指向第一个节点；
步骤S32、计算指针所在节点与其它机械臂具有相同序号的节点的欧式距离；
步骤S33、判断该欧式距离是否小于等于第一阈值；
当大于阈值时，执行步骤S34；
当小于等于阈值时，执行步骤S36；
步骤S34、判断是否为最后一个节点；
当确定是最后一个节点时，执行步骤S37；
当确定不是最后一个节点时，执行步骤S35；
步骤S35、将指针指向下一个节点，执行步骤S32；
步骤S36、调整欧式距离小于等于第一阈值的两个节点，直至欧氏距离大于第一阈值，执行步骤S34；
步骤S37、结束。
通过执行步骤S31-S37，使得各个机械臂在相同序号的节点之间的欧式距离都大于第一阈值。
在一实施例中，步骤S22包括步骤S41-S46。
步骤S41、设置多个指针，每个指针指向每个机械臂的第一个节点；
步骤S42、获取每个机械臂的指针所在节点移动到下一个节点的移动路线；
步骤S43、判断每个机械臂的移动路线之间是否有交集；
当确定无交集时，执行步骤S44；
当确定有交集时，执行步骤S46；
步骤S44、判断是否为倒数第二个节点；
当确定是倒数第二个节点时，执行步骤S47。
当确定不是倒数第二个节点时，执行步骤S45；
步骤S45、将每个指针指向每个机械臂的下一个节点，执行步骤S42；
步骤S46、调整移动路线有交集的当前指针所指向的节点，直至每个机械臂的移动路线之间无交集，执行步骤S44。
步骤S47、结束。
通过执行步骤S41-S47，使得各个机械臂相同序号的节点移动到下一个节点的移动路线无交集。
基于同一个发明构思，本发明实施例还提供了与方法对应的系统。
图5是本发明一个实施例提供的一种多机械臂轨迹防碰撞系统。如图5所示，所述系统包括：控制器和n个机械臂52，其中，n为大于等于2的正整数，控制器51和n个机械臂52之间通信连接；
所述控制器包括：
获取模块，用于获取预设的多个机械臂轨迹路径，每个机械臂的轨迹路径包括按照预设顺序关联的多个节点；
编排模块，用于分别对每个机械臂的多个节点编排序号，其中多个机械臂中的相同序号表示机械臂在相同的时间点所处的节点；
调整模块，用于对多个机械臂轨迹路径进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值，具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集；
发送模块，用于将调整后的机械臂轨迹路径发送给各个机械臂52；
机械臂52，用于接收所述调整后的机械臂轨迹路径，并根据调整后的机械臂轨迹路径进行移动。
在一实施例中，调整模块包括：
第一调整子模块，用于计算具有相同序号的节点之间的欧式距离，对欧式距离小于等于第一阈值的节点进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值；
第二调整子模块，用于获取每个机械臂52中相同序号的节点到下一个节点的移动路线，对运动路线有交集的节点的移动路线进行调整，使得具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集。
在一实施例中，每个机械臂的轨迹路径还包括机械臂标识，所述机械臂标识与机械臂的轨迹路径关联。发送模块，还用于将调整后的机械臂轨迹路径发送给与机械臂标识对应的机械臂。
在一实施例中，所述系统还包括多个距离传感器，所述多个距离传感器分别设置在机械臂末端；
距离传感器，用于将检测信号发送给控制器；
所述控制器，用于获取机械臂上的距离传感器的检测信号，根据检测信号确定机械臂之间的距离；当机械臂之间的距离小于第一阈值时，发送控制信号给距离小于第一阈值的两个机械臂，以降低机械臂的移动速度；当机械臂之间的距离小于第二阈值时，发送制动指令给距离小于第二阈值的两个机械臂，其中第二阈值小于第一阈值；
机械臂52，用于接收到所述控制信号时，降低机械臂52的移动速度，接收到制动指令时，停止移动。
此外，本发明的另一个实施例还提供了一种存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。
处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种多机械臂轨迹防碰撞方法，其特征在于，所述方法包括：
获取预设的多个机械臂轨迹路径，每个机械臂的轨迹路径包括按照预设顺序关联的多个节点；
分别对每个机械臂的多个节点编排序号，其中多个机械臂中的相同序号表示机械臂在相同的时间点所处的节点；
对多个机械臂轨迹路径进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值，具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集；
将调整后的机械臂轨迹路径发送给各个机械臂；
各个机械臂根据调整后的机械臂轨迹路径进行移动。
2.根据权利要求1所述的多机械臂轨迹防碰撞方法，其特征在于，对多个机械臂轨迹路径进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值，具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集包括：
计算具有相同序号的节点之间的欧式距离，对欧式距离小于等于第一阈值的节点进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值；
获取每个机械臂中相同序号的节点到下一个节点的移动路线，对移动路线有交集的机械臂的所述相同序号的节点进行调整，使得具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集。
3.根据权利要求1所述的多机械臂轨迹防碰撞方法，其特征在于，每个机械臂的轨迹路径还包括机械臂标识，所述机械臂标识与机械臂的轨迹路径关联。
4.根据权利要求3所述的多机械臂轨迹防碰撞方法，其特征在于，将调整后的机械臂轨迹路径发送给各个机械臂为：将调整后的机械臂轨迹路径发送给与机械臂标识对应的机械臂。
5.根据权利要求1所述的多机械臂轨迹防碰撞方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取机械臂上的距离传感器的检测信号，根据检测信号确定机械臂之间的距离；当机械臂之间的距离小于第一阈值时，降低机械臂的移动速度；当机械臂之间的距离小于第二阈值时，发送制动指令给距离小于第二阈值的两个机械臂，以使距离小于第二阈值的两个机械臂停止移动，其中第二阈值小于第一阈值。
6.一种多机械臂轨迹防碰撞系统，其特征在于，所述系统包括：控制器和各个机械臂，控制器和各个机械臂之间通信连接；
所述控制器包括：
获取模块，用于获取预设的多个机械臂轨迹路径，每个机械臂的轨迹路径包括按照预设顺序关联的多个节点；
编排模块，用于分别对每个机械臂的多个节点编排序号，其中多个机械臂中的相同序号表示机械臂在相同的时间点所处的节点；
调整模块，用于对多个机械臂轨迹路径进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值，具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集；
发送模块，用于将调整后的机械臂轨迹路径发送给各个机械臂；
机械臂，用于接收所述调整后的机械臂轨迹路径，并根据调整后的机械臂轨迹路径进行移动。
7.根据权利要求6所述的多机械臂轨迹防碰撞系统，其特征在于，调整模块包括：
第一调整子模块，用于计算具有相同序号的节点之间的欧式距离，对欧式距离小于等于第一阈值的节点进行调整，使得具有相同序号的节点之间的欧式距离大于第一阈值；
第二调整子模块，用于获取每个机械臂中相同序号的节点到下一个节点的移动路线，对移动路线有交集的机械臂的所述相同序号的节点进行调整，使得具有相同序号的节点移动到下一个节点的各个移动路线之间无交集。
8.根据权利要求6所述的多机械臂轨迹防碰撞系统，其特征在于，每个机械臂的轨迹路径还包括机械臂标识，所述机械臂标识与机械臂的轨迹路径关联。
9.根据权利要求6所述的多机械臂轨迹防碰撞系统，其特征在于，发送模块，用于将调整后的机械臂轨迹路径发送给与机械臂标识对应的机械臂。
10.根据权利要求6所述的多机械臂轨迹防碰撞系统，其特征在于，所述系统还包括多个距离传感器，所述多个距离传感器分别设置在多个机械臂末端；
距离传感器，用于将检测信号发送给控制器；
所述控制器，用于获取机械臂上的距离传感器的检测信号，根据检测信号确定机械臂之间的距离；当机械臂之间的距离小于第一阈值时，发送控制信号给距离小于第一阈值的两个机械臂，以降低机械臂的移动速度；当机械臂之间的距离小于第二阈值时，发送制动指令给距离小于第二阈值的两个机械臂，以使距离小于第二阈值的两个机械臂停止移动，其中第二阈值小于第一阈值；
机械臂，用于接收到所述控制信号时，降低机械臂的移动速度，接收到制动指令时，停止移动。
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