CN114131606A - 双臂巡检机器人任务调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种双臂巡检机器人任务调度方法，安全性好、巡检效率高。本发明的双臂巡检机器人任务调度方法，包括如下步骤：(10)虚拟墙设置：在巡检机器人双臂之间设置位置固定的虚拟墙；(20)任务子集划分：根据所述虚拟墙位置，以保证机械臂运动不触碰虚拟墙为条件，将各臂的任务集合划分为可独立执行任务子集和需配合执行任务子集；(30)独立任务并列执行：双臂先分别执行各自的可独立执行任务子集；(40)配合任务协同执行：双臂协同，共同执行需配合执行任务子集。

Description

双臂巡检机器人任务调度方法
技术领域
本发明属于工业机器人技术领域，特别是一种双臂巡检机器人任务调度方法。
背景技术
在机器人应用领域，由机械臂和移动底盘构成的复合机器人越来越多见。用于设备巡检的巡检机器人，也由原先的使用云台搭载相机，在部分领域逐步发展为使用机械臂，在机械臂末端搭载相机。机械臂运动灵活，可以到达云台不方便观测的位置进行巡检。
目前，在列车车底巡检探伤行业，成都铁安科技有限责任公司开发了一款单机械臂的地铁巡检机器人，杭州申昊科技股份有限公司开发了一款双机械臂的地铁巡检机器人，苏州华兴致远电子科技有限公司开发了一款双机械臂的高铁巡检机器人。
然而，对于均为双机械臂巡检机器人的后两者，由于没有考虑双机械臂之间的协同，而是通过较长的车体来实现双臂各自独立作业，从物理上保证双臂不会互相干涉，在面向长度较短的车体对象时，在物理上双臂运动时可能存在相互干涉，一方面的双机械臂巡检机器人的双臂可能出现碰撞，安全性不够好，另一方面，为避免双臂碰撞，会错开双臂工作时间，从而使得巡检总用时较多，降低了巡检效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双臂巡检机器人任务调度方法，安全性好、巡检效率高。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种双臂巡检机器人任务调度方法，包括如下步骤：
(10)虚拟墙设置：在巡检机器人双臂之间设置位置固定的虚拟墙；
(20)任务子集划分：根据所述虚拟墙位置，以保证机械臂运动不触碰虚拟墙为条件，将各臂的任务集合划分为可独立执行任务子集和需配合执行任务子集；
(30)独立任务并列执行：双臂先分别执行各自的可独立执行任务子集；
(40)配合任务协同执行：双臂协同，共同执行需配合执行任务子集。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
安全性好、巡检效率高：本发明据巡检目标的位置特性，对双臂的任务集合进行划分，先执行可以独立并行执行的任务，再对剩余任务进行排序，找到同时满足安全和巡检时间低的序列，进行双臂协同执行，不但不会出现双臂相互碰撞，同时合理安排双臂工作时间，减少总的巡检时间，提高了巡检效率。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明双臂巡检机器人任务调度方法的主流程图。
图2是图1中任务子集划分步骤的流程图。
图3是图1中独立任务并列执行步骤的流程图。
图4是图1中配合任务协同执行步骤的流程图
具体实施方式
如图1所示，本发明双臂巡检机器人任务调度方法，包括如下步骤：
(10)虚拟墙设置：在巡检机器人双臂之间设置位置固定的虚拟墙；
优选地，将所述虚拟墙设置在所述巡检机器人双臂底座连线中心的位置，所述位置使得双机械臂关于设置的虚拟墙位置对称。
(20)任务子集划分：根据所述虚拟墙位置，以保证机械臂运动不触碰虚拟墙为条件，将各臂的任务集合划分为可独立执行任务子集和需配合执行任务子集；
如图2所示，所述(20)任务子集划分步骤包括：
(21)可独立执行任务子集划分：根据所述虚拟墙位置，在保证机械臂运动不触碰虚拟墙的条件下，将左臂可独立执行任务子集记为L，将右臂可独立执行任务子集记为 R；
(22)需配合执行任务子集划分：将必须去除所述虚拟墙才能执行的需配合执行任务集记为M，并将需配合执行任务集M划分为需要左臂执行的子集合ML和需要右臂执行的子集合MR。
(30)独立任务并列执行：双臂先分别执行各自的可独立执行任务子集；
如图3所示，所述(30)独立任务并列执行步骤包括：
(31)双臂独立执行：左、右臂分别就本侧可独立执行任务子集排序、执行；
优选地，所述(31)双臂独立执行步骤中，所述就本侧可独立执行任务子集排序具体为：
L、R中的任务以任务要求机械臂最终到达的观测位置对应的全部关节角为排序变量，以当前任务的排序变量和上一任务的排序变量之间距离最小来排序，第一个任务选择和机械臂在任务开始时的全部关节角计算距离最小的任务，将排序序列记为F(L)和F(R)
计算距离最小公式为
Figure BDA0003397514520000031
abs代表取绝对值运算，θcur为当前任务的排序变量的某一关节角值，θpre为上一任务的排序变量的某一关节角值，n为机械臂的关节角数量。
(32)需配合执行任务添加：当左、右臂中一侧执行完毕所有可独立执行任务，而另一侧尚存未执行完可独立执行任务时，将所述未执行完可独立执行任务记为集合L1 或R1，加入该侧对应的需配合执行任务子集ML或MR，对应记为ML+或MR+。
(40)配合任务协同执行：双臂协同，共同执行需配合执行任务子集。
如图4所示，所述(40)配合任务协同执行步骤包括：
(41)假设步骤(32)生成的子集为MR+，首先考虑MR+的排序，将之前剩余未执行的任务集合R+的排序序列F(R+)插在整个F(MR+)的最前面，原本的MR集合按照和步骤 (20)相同的方式，以当前任务的排序变量和上一任务的排序变量之间距离最小来排序，最终得到F(MR+)；
(42)如MR+或ML为空集，则跳转到步骤(46)；否则，对F(MR+)中第一个任务F(MR+)[0]，在ML中挑出和F(MR+)[0]排序变量距离超出预先设定的阈值的所有任务，构成集合ML0；如果ML0为空集，则将和F(MR+)[0]排序变量距离最大的任务加入ML0；
(43)对ML0按照和步骤(20)相同的方式，以当前任务的排序变量和机械臂在任务开始时的关节角计算距离最小进行排序，得到F(ML0)；对于F(MR+)[0]和F(ML0)[0] 任务进行双臂协同规划，采用随机采样的运动规划算法实现双臂之间的避免相互干涉；如果规划失败，跳转到步骤(44)，如果规划成功，跳转到步骤(45)；
(44)规划失败，对于F(MR+)[0]和F(ML0)[1]任务进行双臂协同规划，此次如规划成功，跳转至步骤(45)，如规划失败，循环ML0中下一个任务，直至F(ML0)[n]，如果集合里全部任务失败，则单独执行F(MR+)[0]，并将F(MR+)[0]从MR+中移除，跳转到步骤(42)。
(45)规划成功，则执行两个任务，执行完成后将两个任务从MR+和ML中分别移除，则跳转到步骤(42)。
(46)如果MR+为空集，将ML中剩余未执行的任务完成，如果ML为空集，将MR+ 中剩余未执行的任务完成。
(47)假设步骤(32)生成的子集为ML+，则计算方法仍与(41)-(46)相同,只是将L和R对调。
优选地，所述预先设定的阈值，定义为所使用的机械臂工作空间半径的1/2。
本发明的双臂巡检机器人任务调度方法，面向对象是车体长度较短，在物理上双臂运动时可能存在相互干涉的双机械臂巡检机器人，目标是通过双臂任务调度，在实现双臂避免自碰撞的同时，使得巡检总用时较少，提高巡检效率。
本发明根据巡检目标的位置特性，对双臂的任务集合进行划分，先执行可以独立并行执行的任务，再对剩余任务进行排序，找到同时满足安全和巡检时间低的序列，进行双臂协同执行。从而减少了双机械臂巡检机器人的整个任务流程的巡检时间，提高了巡检效率。

Claims (7)

1.一种双臂巡检机器人任务调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
(10)虚拟墙设置：在巡检机器人双臂之间设置位置固定的虚拟墙；
(20)任务子集划分：根据所述虚拟墙位置，以保证机械臂运动不触碰虚拟墙为条件，将各臂的任务集合划分为可独立执行任务子集和需配合执行任务子集；
(30)独立任务并列执行：双臂先分别执行各自的可独立执行任务子集；
(40)配合任务协同执行：双臂协同，共同执行需配合执行任务子集。
2.根据权利要求1所述的双臂巡检机器人任务调度方法，其特征在于：
将所述虚拟墙设置在所述巡检机器人双臂底座连线中心的位置，所述位置使得双机械臂关于设置的虚拟墙位置对称。
3.根据权利要求1所述的双臂巡检机器人任务调度方法，其特征在于，所述(20)任务子集划分步骤包括：
(21)可独立执行任务子集划分：根据所述虚拟墙位置，在保证机械臂运动不触碰虚拟墙的条件下，将左臂可独立执行任务子集记为L，将右臂可独立执行任务子集记为R；
(22)需配合执行任务子集划分：将必须去除所述虚拟墙才能执行的需配合执行任务集记为M，并将需配合执行任务集M划分为需要左臂执行的子集合ML和需要右臂执行的子集合MR。
4.根据权利要求3所述的双臂巡检机器人任务调度方法，其特征在于，所述(30)独立任务并列执行步骤包括：
(31)双臂独立执行：左、右臂分别就本侧可独立执行任务子集排序、执行；
(32)需配合执行任务添加：当左、右臂中一侧执行完毕所有可独立执行任务，而另一侧尚存未执行完可独立执行任务时，将所述未执行完可独立执行任务记为集合L1或R1，加入该侧对应的需配合执行任务子集ML或MR，对应记为ML+或MR+。
5.根据权利要求4所述的双臂巡检机器人任务调度方法，其特征在于，所述(31)双臂独立执行步骤中，所述就本侧可独立执行任务子集排序具体为：
L、R中的任务以任务要求机械臂最终到达的观测位置对应的全部关节角为排序变量，以当前任务的排序变量和上一任务的排序变量之间距离最小来排序，第一个任务选择和机械臂在任务开始时的全部关节角计算距离最小的任务，将排序序列记为F(L)和F(R)，计算距离最小公式为，
Figure FDA0003397514510000021
abs代表取绝对值运算，θcur为当前任务的排序变量的某一关节角值，θpre为上一任务的排序变量的某一关节角值，n为机械臂的关节角数量。
6.根据权利要求5所述的双臂巡检机器人任务调度方法，其特征在于，所述(40)配合任务协同执行步骤包括：
(41)假设步骤(32)生成的子集为MR+，首先考虑MR+的排序，将之前剩余未执行的任务集合R+的排序序列F(R+)插在整个F(MR+)的最前面，原本的MR集合按照和步骤(20)相同的方式，以当前任务的排序变量和上一任务的排序变量之间距离最小来排序，最终得到F(MR+)；
(42)如MR+或ML为空集，则跳转到步骤(46)；否则，对F(MR+)中第一个任务F(MR+)[0]，在ML中挑出和F(MR+)[0]排序变量距离超出预先设定的阈值的所有任务，构成集合ML0；如果ML0为空集，则将和F(MR+)[0]排序变量距离最大的任务加入ML0；
(43)对ML0按照和步骤(20)相同的方式，以当前任务的排序变量和机械臂在任务开始时的关节角计算距离最小进行排序，得到F(ML0)；对于F(MR+)[0]和F(ML0)[0]任务进行双臂协同规划，采用随机采样的运动规划算法实现双臂之间的避免相互干涉；如果规划失败，跳转到步骤(44)，如果规划成功，跳转到步骤(45)；
(44)规划失败，对于F(MR+)[0]和F(ML0)[1]任务进行双臂协同规划，此次如规划成功，跳转至步骤(45)，如规划失败，循环ML0中下一个任务，直至F(ML0)[n]，如果集合里全部任务失败，则单独执行F(MR+)[0]，并将F(MR+)[0]从MR+中移除，跳转到步骤(42)；
(45)规划成功，则执行两个任务，执行完成后将两个任务从MR+和ML中分别移除，跳转到步骤(42)；
(46)如果MR+为空集，将ML中剩余未执行的任务完成，如果ML为空集，将MR+中剩余未执行的任务完成。
(47)假设步骤(32)生成的子集为ML+，则计算方法仍与(41)-(46)相同,只是将L和R对调。
7.根据权利要求6所述的双臂巡检机器人任务调度方法，其特征在于：所述预先设定的阈值，定义为所使用的机械臂工作空间半径的1/2。
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