CN113967913B - 一种抓钢装置的运动规划方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种抓钢装置的运动规划方法及系统，包括设置所述抓钢装置的运动任务的初始条件和结束条件，并根据所述初始条件和结束条件将所述运动任务拆分为多个运动行为，根据所述运动行为创建行为树，按照所述运动行为的执行先后顺序依次创建所述行为树的主节点，所述主节点中至少包括一个所述运动行为的执行结果；以完成所述主节点运动行为对应的所述抓钢装置执行动作作为所述主节点的子节点，其中，所述子节点按照对应执行动作的执行顺序依次执行；循环执行所述行为树各节点，直到所有节点执行成功，完成所述运动任务；本发明可有效提高抓钢任务执行的自动化水平，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁生产制造自动化领域，尤其涉及一种抓钢装置的运动规划方法及系统。
背景技术
废钢是钢铁生产过程中关键原料，是长流程转炉的炼钢添加料或短流程电炉的炼钢主料。其主要作业流程为：首先将外购废钢及厂内废钢转运至废钢堆场，在堆场内完成分类、切割、压缩、打包等作业流程，并按照规格类型在配料间进行配料，再根据下游生产计划通过转运车辆将合格废钢运送至炼钢车间。废钢运输及处理过程中需要多种作业机械及车辆协同作业，其中抓钢机、质检机、运输车辆、切割机、破碎机打包机等工程设备，广泛应用于钢铁企业以及钢材贸易商等废钢堆场。
目前，钢铁生产企业(包括钢铁生产企业、废钢加工企业等)的作业目前尚无成熟的废钢全流程解决方案，其废钢运输及作业流程，如装卸、取样、切割等流程，均采用人工作业方式完成，智能化水平较低。
发明内容
鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提出一种抓钢装置的运动规划方法及系统，主要解决现有废钢处理过程自动化程度低的问题。
为了实现上述目的及其他目的，本发明采用的技术方案如下。
一种抓钢装置的运动规划方法，包括：
设置所述抓钢装置的运动任务的初始条件和结束条件，并根据所述初始条件和结束条件将所述运动任务拆分为多个运动行为，
根据所述运动行为创建行为树，按照所述运动行为的执行先后顺序依次创建所述行为树的主节点，所述主节点中至少包括一个所述运动行为的执行结果；以完成所述主节点运动行为对应的所述抓钢装置执行动作作为所述主节点的子节点，其中，所述子节点按照对应执行动作的执行顺序依次执行；
循环执行所述行为树各节点，直到所有节点执行成功，完成所述运动任务。
可选地，所述主节点作为对应子节点的后置条件，当且仅当所述主节点反馈执行失败或处于执行中时，依次执行对应的子节点，否则不执行子节点。
可选地，所述子节点按照对应执行动作的执行顺序依次执行，包括：当且仅当当前子节点反馈执行成功时，执行下一个子节点。
可选地，所述运动任务包括抓料和卸料；所述运动行为包括向料堆移动、执行部件抓料、转向载料设备、向载料设备移动，执行部件卸料。
可选地，所述抓钢装置包括转台、机械臂和末端执行器，所述向料堆移动对应的执行动作包括：调整所述转台朝向料堆以及移动所述机械臂至料堆；执行部件抓料对应的执行动作包括：判断机械臂位于料堆上方以及控制所述末端执行器抓料；转向载料设备对应的执行动作包括：判断所述末端执行器已抓料以及控制所述转台转向所述载料设备；向载料设备移动对应的执行动作包括：判断所述转台已转向所述载料设备以及移动所述机械臂至所述载料设备；执行部件卸料对应的执行动作包括：判断所述机械臂已经移至所述载料设备以及控制所述末端执行器完成卸料。
可选地，所述抓钢装置还包括用于获取转台与料堆相对角度或转台与载料设备相对角度的角度传感模块。
可选地，所述抓钢装置还包括用于检测所述末端执行器重量的重量检测模块，根据重量检测模块输出结果判断所述末端执行器是否抓料成功或是否完成卸料。
可选地，循环执行所述行为树各节点，直到所有节点执行成功，包括：当所有主节点返回执行成功时，结束循环，完成所述运动任务。
一种抓钢装置的运动规划系统，包括：
任务初始化模块，用于设置所述抓钢装置的运动任务的初始条件和结束条件，并根据所述初始条件和结束条件将所述运动任务拆分为多个运动行为；
行为树创建模块，用于根据所述运动行为创建行为树，按照所述运动行为的执行先后顺序依次创建所述行为树的主节点，所述主节点中至少包括一个所述运动行为的执行结果；以完成所述主节点运动行为对应的所述抓钢装置执行动作作为所述主节点的子节点，其中，所述子节点按照对应执行动作的执行顺序依次执行；
任务执行模块，用于循环执行所述行为树各节点，直到所有节点执行成功，完成所述运动任务。
如上所述，本发明一种抓钢装置的运动规划方法及系统，具有以下有益效果。
本发明通过构建行为树，自动控制抓钢装置完成抓钢卸料等动作，减少人工参与，提高自动化水平以及任务执行效率，增强装置的鲁棒性和安全性，进而提高生产效率。
附图说明
图1为本发明一实施例中抓钢装置的运动规划方法的流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，本发明提供抓钢装置的运动规划方法，包括以下步骤：
步骤S1，设置所述抓钢装置的运动任务的初始条件和结束条件，并根据所述初始条件和结束条件将所述运动任务拆分为多个运动行为；
步骤S2，根据所述运动行为创建行为树，按照所述运动行为的执行先后顺序依次创建所述行为树的主节点，所述主节点中至少包括一个所述运动行为的执行结果；以完成所述主节点运动行为对应的所述抓钢装置执行动作作为所述主节点的子节点，其中，所述子节点按照对应执行动作的执行顺序依次执行；
步骤S3，循环执行所述行为树各节点，直到所有节点执行成功，完成所述运动任务。
在一实施例中，抓钢装置可包括转台、机械臂和末端执行器。其中，转台可由伺服电机进行闭环控制，以控制转台的转动角度。末端执行器可采用抓钩、吸盘等抓取部件，用于从料堆中抓取或吸取对应物料。
在步骤S1中，以废钢料堆中废钢抓取及转运任务作为抓钢装置的运动任务为例，该任务包括从废钢料堆中抓取废钢以及将抓取的废钢卸载到对应的载料设备中。载料设备可以为运输车辆的车斗。在一实施例中，可设置运动任务的初始条件和结束条件，以便于对运动任务进行拆分，将运动任务拆分为多个运动行为。例如，当抓钢装置的机械臂初始位置远离废钢料堆时，可设置初始条件为机械臂向料堆移动，结束条件为将抓取的废料卸载到车斗中，此时对运动任务进行分解，得到的运动行为依次包括：机械臂向料堆移动、末端执行器抓料、转台转向车斗、向车斗移动，末端执行器卸料。或者当抓钢装置的机械臂初始位置位于废钢料堆上时，设置初始条件为抓取废钢，结束条件为将抓取的废料卸载到车斗中，此时对运动任务进行分解，得到的运动行为依次包括：末端执行器抓料、转台转向车斗、向车斗移动、末端执行器卸料。具体初始条件和结束条件可根据实际应用需求进行调整，这里不作限制。
在步骤S2中，完成运动任务拆分，获取对应的运动行为后，进一步地，拆分运动行为的执行动作，具体地，机械臂向料堆移动对应的执行动作包括：调整转台朝向料堆以及移动所述机械臂至料堆；末端执行器抓料对应的执行动作包括：判断机械臂位于料堆上方以及控制末端执行器抓料；转台转向车斗对应的执行动作包括：判断所述末端执行器已抓料以及控制转台转向车斗；向车斗移动对应的执行动作包括：判断转台已转向车斗以及移动机械臂至车斗；末端执行器卸料对应的执行动作包括：判断机械臂已经移至车斗以及控制末端执行器完成卸料。
在一实施例中，行为树包括主节点和主节点对应的子节点。每个主节点对应一个运动行为的执行结果，如主节点可设置为判断末端执行器是否已卸料，若已卸料则返回执行成功，若未卸料则，返回执行失败。按照运动行为的执行顺序设置对应主节点的执行顺序。行为树中的主节点被配置为主节点作为对应子节点的后置条件，当且仅当主节点反馈执行失败或处于执行中时，依次执行对应的子节点，否则不执行子节点。子节点与主节点的运动行为对应的执行动作结果相对应。示例性地，主节点为末端执行器已抓料，其对应的子节点1为机械臂位于废料堆上，子节点2为末端执行器抓料。执行子节点的执行动作才能完成对应主节点的运动行为。主节点为子节点的后置条件。进一步地，可设置每个主节点包含的子节点的执行顺序。具体地，可根据执行动作的先后顺序设置对影子节点的执行顺序。根据设置的执行顺序，当前子节点作为下一个子节点的前置条件，即当且仅当当前子节点反馈执行成功时，执行下一个子节点。示例性地，主节点为机械臂已位于废钢料堆上，对应的子节点1为转台位于废钢料堆方向，子节点2为机械臂移动至废钢料堆。根据执行动作顺序，子节点1先于子节点2执行，只有在转台转到废钢料堆方向后，才能执行移动动作。以此构建行为树。
在步骤S3中，完成行为树构建后，循环执行行为树中节点。具体地，以机械臂向料堆移动为初始条件，以末端执行器完成卸料为结束条件。则行为树的主节点包括机械臂已位于废钢料堆上、末端执行器已经抓料、转台已经转向车斗、机械臂已经移向车斗、末端执行器已卸料、转台已经转向料堆。机械臂已位于废钢料堆上对应的子节点分别为转台位于废钢料堆方向、机械臂移向废钢料堆；末端执行器已经抓料对应的子节点为机械臂位于废钢料堆上、末端执行器抓料；转台已经转向车斗对应的子节点为末端执行器已经抓料、转台转向车斗；机械臂已经移向车斗对应的子节点为转台已经转向车斗、机械臂移向车斗；末端执行器已卸料对应的子节点为机械臂已经移向车斗、末端执行器卸料；转台已经转向料堆对应的子节点为末端执行器已卸料、转台转向料堆。
行为树执行机械臂移向料堆时，后置条件为机械臂移向料堆，即当机械臂未移向料堆时，向后执行。是否移向料堆的判断条件为机械臂方向与料堆进入一定角度范围；前置条件为转台位于废钢料堆方向，即只有转台位于废钢料堆方向：转台与料堆进入一定角度范围时；向后执行动作节点。执行动作为机械臂移动，采用伺服闭环控制的方式控制机械臂移向料堆。抓钢装置上可设置用于获取转台与料堆相对角度或转台与载料设备相对角度的角度传感模块，通过角度传感模块的反馈至判断机械臂方向与料堆进入一定角度范围。角度传感模块可采用常规的角度传感器，以转台正面为基准角检测转动角度与基准角的相对夹角。具体角度传感器可根据实际应用需求进行选择，这里不作限制。
行为树执行末端执行器抓料时，后置条件为末端执行器已经抓料，即当末端执行器没有抓料时，向后执行。是否抓料的判断条件为末端执行器的重力感应；前置条件为机械臂位于废钢料堆上，即机械臂方向与料堆进入一定角度范围；向后执行动作节点。执行动作为末端执行器抓料，采用伺服闭环控制的方式控制末端执行器抓料。抓钢装置上还可设置用于检测所述末端执行器重量的重量检测模块，根据重量检测模块输出结果判断所述末端执行器是否抓料成功或是否完成卸料。具体重力检测模块可根据实际应用需求进行选择，这里不作限制。
行为树的方式执行转台转向车斗时，后置条件为转台已经转向车斗，即当转台没有转向车斗时，向后执行。是否完成转向的判断条件为转台与车斗进入一定角度范围时；前置条件为末端执行器已经抓料，即末端执行器的重力感应满足抓料条件；向后执行动作节点。执行动作为转台转向车斗，采用伺服闭环控制的方式控制转台转动。
行为树执行机械臂移向车斗时，后置条件为机械臂已经移向车斗，即当机械臂没有转向车斗时，向后执行。是否完成移动的判断条件为机械臂与车斗进入一定角度范围；前置条件为转台已经转向车斗；即转台正方向与车斗进入一定角度范围时，向后执行动作节点。执行动作为机械臂移向车斗，采用伺服闭环控制的方式控制转台转动。
行为树执行末端执行器卸料时，后置条件为末端执行器完成卸料，即当末端执行器未卸料时，向后执行。是否完成卸料的判断条件为末端执行器的重力感应；前置条件为机械臂已经移向车斗；即机械臂正方向与车斗进入一定角度范围时，向后执行动作节点。执行动作为末端执行器卸料，采用伺服闭环控制的方式控制末端执行器卸料。
行为树执行转台转向料堆时，后置条件为转台已转向料堆，即当转台没有转向料堆时，向后执行。是否完成转向的判断条件为转台正方向与料堆进入一定角度范围时；前置条件为端执行器完成卸料；即完成卸料的判断条件为末端执行器的重力感应，向后执行动作节点。执行动作为转台转向料堆，采用伺服闭环控制的方式控制转台转动。
循环执行行为树中节点，直到各主节点均返回执行成功，则结束循环，完成运动任务的执行。
在一实施例中，上述的抓钢装置的运动规划方法也可用于废钢产线，废钢处理车间等。只需要针对距离场景进行抓钢动作拆分，已生成对应的行为树，示例性地，针对废钢生产线，可将运动动作拆分为装料(装机、装车等)，卸料，归堆等操作。具体运动动作可结合具体应用场景进行适应性调整，这里不做限制。
本实施例中还提供了一种抓钢装置的运动规划系统，用于执行前述方法实施例中所述的抓钢装置的运动规划方法。由于系统实施例的技术原理与前述方法实施例的技术原理相似，因而不再对同样的技术细节做重复性赘述。
在一实施例中，抓钢装置的运动规划系统，包括：
任务初始化模块，用于设置所述抓钢装置的运动任务的初始条件和结束条件，并根据所述初始条件和结束条件将所述运动任务拆分为多个运动行为；
行为树创建模块，用于根据所述运动行为创建行为树，按照所述运动行为的执行先后顺序依次创建所述行为树的主节点，所述主节点中至少包括一个所述运动行为的执行结果；以完成所述主节点运动行为对应的所述抓钢装置执行动作作为所述主节点的子节点，其中，所述子节点按照对应执行动作的执行顺序依次执行；
任务执行模块，用于循环执行所述行为树各节点，直到所有节点执行成功，完成所述运动任务。
综上所述，本发明一种抓钢装置的运动规划方法及系统，将运动任务拆分为运动行为，并根据运动行为结果以及执行动作创建行为树，自动分配抓钢装置的执行动作，实现自动化控制，减少人工参与，提高工作效率；基于行为节点的任务检测，保障任务执行的鲁棒性和安全性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (4)
1.一种抓钢装置的运动规划方法，其特征在于，包括：
设置所述抓钢装置的运动任务的初始条件和结束条件，并根据所述初始条件和结束条件将所述运动任务拆分为多个运动行为；所述运动任务包括抓料和卸料；所述运动行为包括向料堆移动、执行部件抓料、转向载料设备、向载料设备移动，执行部件卸料；
根据所述运动行为创建行为树，按照所述运动行为的执行先后顺序依次创建所述行为树的主节点，所述主节点中至少包括一个所述运动行为的执行结果；以完成所述主节点运动行为对应的所述抓钢装置执行动作作为所述主节点的子节点，其中，所述子节点按照对应执行动作的执行顺序依次执行，所述主节点作为对应子节点的后置条件，当且仅当所述主节点反馈执行失败或处于执行中时，依次执行对应的子节点，否则不执行子节点；所述抓钢装置包括转台、机械臂和末端执行器，所述向料堆移动对应的执行动作包括：调整所述转台朝向料堆以及移动所述机械臂至料堆；执行部件抓料对应的执行动作包括：判断机械臂位于料堆上方以及控制所述末端执行器抓料；转向载料设备对应的执行动作包括：判断所述末端执行器已抓料以及控制所述转台转向所述载料设备；向载料设备移动对应的执行动作包括：判断所述转台已转向所述载料设备以及移动所述机械臂至所述载料设备；执行部件卸料对应的执行动作包括：判断所述机械臂已经移至所述载料设备以及控制所述末端执行器完成卸料；所述子节点按照对应执行动作的执行顺序依次执行，包括：当且仅当当前子节点反馈执行成功时，执行下一个子节点；
循环执行所述行为树各节点，直到所有节点执行成功，完成所述运动任务，包括：当所有主节点返回执行成功时，结束循环，完成所述运动任务。
2.根据权利要求1所述的抓钢装置的运动规划方法，其特征在于，所述抓钢装置还包括用于获取转台与料堆相对角度或转台与载料设备相对角度的角度传感模块。
3.根据权利要求1所述的抓钢装置的运动规划方法，其特征在于，所述抓钢装置还包括用于检测所述末端执行器重量的重量检测模块，根据重量检测模块输出结果判断所述末端执行器是否抓料成功或是否完成卸料。
4.一种抓钢装置的运动规划系统，其特征在于，包括：
任务初始化模块，用于设置所述抓钢装置的运动任务的初始条件和结束条件，并根据所述初始条件和结束条件将所述运动任务拆分为多个运动行为；所述运动任务包括抓料和卸料；所述运动行为包括向料堆移动、执行部件抓料、转向载料设备、向载料设备移动，执行部件卸料；
行为树创建模块，用于根据所述运动行为创建行为树，按照所述运动行为的执行先后顺序依次创建所述行为树的主节点，所述主节点中至少包括一个所述运动行为的执行结果；以完成所述主节点运动行为对应的所述抓钢装置执行动作作为所述主节点的子节点，其中，所述子节点按照对应执行动作的执行顺序依次执行，所述主节点作为对应子节点的后置条件，当且仅当所述主节点反馈执行失败或处于执行中时，依次执行对应的子节点，否则不执行子节点；所述抓钢装置包括转台、机械臂和末端执行器，所述向料堆移动对应的执行动作包括：调整所述转台朝向料堆以及移动所述机械臂至料堆；执行部件抓料对应的执行动作包括：判断机械臂位于料堆上方以及控制所述末端执行器抓料；转向载料设备对应的执行动作包括：判断所述末端执行器已抓料以及控制所述转台转向所述载料设备；向载料设备移动对应的执行动作包括：判断所述转台已转向所述载料设备以及移动所述机械臂至所述载料设备；执行部件卸料对应的执行动作包括：判断所述机械臂已经移至所述载料设备以及控制所述末端执行器完成卸料；所述子节点按照对应执行动作的执行顺序依次执行，包括：当且仅当当前子节点反馈执行成功时，执行下一个子节点；
任务执行模块，用于循环执行所述行为树各节点，直到所有节点执行成功，完成所述运动任务，包括：当所有主节点返回执行成功时，结束循环，完成所述运动任务。
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- 2021-10-22 CN CN202111235568.8A patent/CN113967913B/zh active Active
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