CN115609576A - 多机械臂的布局管理方法、装置、存储介质及计算机设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种多机械臂的布局管理方法、装置、存储介质及计算机设备。该方法包括：获取包括至少两个操作设备的待布局设备系统中各操作设备的设备参数、布局空间的约束参数，根据各操作设备的设备参数和约束参数，通过布局管理模型的多个单设备布局优化模块得到各操作设备的候选布局参数集合，通过布局管理模型的多设备联动优化模块，从候选布局参数集合中得到待布局设备系统的候选布局参数组合，并展示待布局设备系统中各操作设备的布局结果。本申请实施例在对多个操作设备进行布局时既考虑了多个操作设备中的各操作设备单独操作的影响，同时也考虑了多个操作设备协调操作的影响，提高确定多操作设备布局参数的效率和准确率。

Description

多机械臂的布局管理方法、装置、存储介质及计算机设备

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，具体涉及一种多机械臂的布局管理方法、装置、计算机可读存储介质及计算机设备。

背景技术

随着智能化越来越普及，对于实现智能化设备的研究也越来越多，如机器人等。使用机器人来完成日常生活、科研等各个领域中的一些人为的繁杂重复劳动，提高了工作效率，也提高了准确率。

这些智能化设备的工作是通过智能化设备中的操作设备来完成的，如机器人的机械臂等。在设计智能化设备时，对于操作设备的布局设计也非常重要，操作设备的布局直接影响了操作设备的操作性能。如机器人的机械臂的布局，机械臂的布局直接影响了机械臂的操作能力。

目前对于机械臂的研究大都是基于单臂的研究，并未涉及对机器人的多个机械臂的布局的研究。

发明内容

本申请实施例提供一种多机械臂的布局管理方法、装置、计算机可读存储介质及计算机设备，可自动确定多操作设备的布局参数，提高确定多操作设备布局参数的效率和准确率，提高多操作设备协调操作的操作效率和操作能力。

本申请实施例提供了一种多机械臂的布局管理方法，包括：

通过参数输入界面获取包括至少两个操作设备的待布局设备系统中各操作设备的设备参数、布局空间的约束参数；

获取布局管理模型；所述布局管理模型包括多个单设备布局优化模块和多设备联动优化模块，所述单设备布局优化模块与可达工作空间的评价参数相关，所述多设备联动优化模块与待布局设备系统内各操作设备之间的协调参数相关；

根据各操作设备的设备参数以及所述约束参数，通过所述单设备布局优化模块得到各操作设备的候选布局参数集合；

通过所述多设备联动优化模块，根据所述各操作设备的候选布局参数集合得到所述待布局设备系统的候选布局参数组合；

根据所述候选布局参数组合，在布局展示界面上展示所述待布局设备系统中各操作设备的布局结果。

本申请实施例还提供一种多机械臂的布局管理装置，包括：

参数获取模块，用于通过参数输入界面获取布局空间的约束参数、包括至少两个操作设备的待布局设备系统中各操作设备的设备参数；

模型获取模块，用于获取布局管理模型；所述布局管理模型包括多个单设备布局优化模块和多设备联动优化模块，所述单设备布局优化模块与可达工作空间的评价参数相关，所述多设备联动优化模块与待布局设备系统内各操作设备之间的协调参数相关；

第一确定模块，用于根据各操作设备的所述设备参数以及所述约束参数，通过所述单设备布局优化模块得到各操作设备的候选布局参数集合；

第二确定模块，用于通过所述多设备联动优化模块，根据所述各操作设备的候选布局参数集合得到所述待布局设备系统的候选布局参数组合；

展示模块，用于根据所述候选布局参数组合，在布局展示界面上展示所述待布局设备系统中各操作设备的布局结果。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适于处理器进行加载，以执行如上任一实施例所述的多机械臂的布局管理方法中的步骤。

本申请实施例还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，执行如上任一实施例所述的多机械臂的布局管理方法中的步骤。

本申请实施例提供的多机械臂的布局管理方法、装置、计算机可读存储介质及计算机设备，通过获取包括至少两个操作设备的待布局设备系统中各操作设备的设备参数、布局空间的约束参数，根据各操作设备的设备参数和约束参数，通过布局管理模型的多个单设备布局优化模块得到各操作设备的候选布局参数集合，通过布局管理模型的多设备联动优化模块，从候选布局参数集合中得到待布局设备系统的候选布局参数组合，并展示待布局设备系统中各操作设备的布局结果。本申请实施例不仅可以实现自动对多个操作设备进行布局，而且在对多个操作设备进行布局时不仅考虑了多个操作设备中的各操作设备单独操作的影响，同时也考虑了多个操作设备协调操作的影响，提高确定多操作设备布局参数的效率和准确率，提高多操作设备协调操作的操作效率和操作能力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供中的多操作设备的示意图。

图2为本申请实施例提供的多操作设备的另一示意图。

图3为本申请实施例提供的多机械臂的布局管理方法的流程示意图。

图4为本申请实施例提供的多机械臂的布局管理方法的另一流程示意图。

图5为本申请实施例提供的两个操作设备计算位置间距的示意图。

图6为本申请实施例提供的三个操作设备计算位置间距的示意图。

图7为本申请实施例提供的肩宽和位置间距的对应关系示意图。

图8为本申请实施例提供的多机械臂的布局管理装置的结构示意图。

图9为本申请实施例提供的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种多机械臂的布局管理方法、装置、计算机可读存储介质及计算机设备。具体地，本申请实施例的多机械臂的布局管理方法可以由计算机设备执行，其中，该计算机设备可以为终端或者服务器等设备。该终端可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、触控屏幕、游戏机、个人计算机(PC，Personal Computer)等终端设备。服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，还可以是提供云服务、云数据库等基础云计算服务的云服务器。

本申请实施例中的操作设备包括在设备系统的控制下，可实现操作功能的任意一个设备，如机器人的某个机械臂等。本申请实施例中的多操作设备包括在设备系统的控制下，可协同操作来实现操作功能的多个设备。多操作设备可以是同一个智能化设备中的多个可实现操作功能的操作设备，如机器人的左臂和右臂；还可以是不同智能化设备中的多个可实现操作功能的操作设备等。

本申请实施例中以多操作设备为同一个智能化设备中的多个可实现操作功能的操作设备为例进行说明。为了方便理解，下文中，以机器人设备的多个机械臂为多个操作设备为例进行说明。

请参阅图1和图2，图1是本申请实施例提供的多个操作设备的一种示意图，图2是本申请实施例提供的多个操作设备的另一简易示意图。其中，图1和图2中的多个操作设备包括为同一个机器人的多个机械臂(左臂和右臂)。机械臂的布局参数类型包括肩宽L和肩部旋转角度θ。

其中，肩宽指的是机器人的左臂连接肩膀的点和右臂连接肩膀的点之间的距离；肩部旋转角度指的是机器人垂直站立时，与肩部连接的底座与水平线(与肩宽平行)之间的夹角。底座是固定的，不可活动的。一旦底座固定，肩部旋转角度固定。与底座相连接的是多个关节。与底座直接相连的第一个关节、与第一个关节连接的第二个关节、与第二个关节连接着的第三个关节、……等都是可以活动的。图2中机械臂的关节以线条来表示，其中，虚线表示的是可以活动的关节。

在图2中，展示了两个坐标系。肩宽中点所对应的坐标系为世界坐标系，用XYZ来表示对应的坐标轴，每个机械臂连接肩膀的地方所对应的坐标系为局部坐标系，用xyz来表示对应的坐标轴。下文中会用到对应的坐标系。

目前并没有确定肩宽和肩部旋转角度的方案，确定肩宽和肩部旋转角度时，是根据经验人为来进行确定的，凭借经验人为确定的方式往往达不到较好的效果，对机械臂的操作能力也会有所影响。

本申请实施例提出一种多机械臂的布局管理方法，可自动确定最优的肩宽和肩部旋转角度。最优的肩宽和肩部旋转角度确定之后，该机器人将以该最优的肩宽和肩部旋转角度来进行布局。

在其他实施例中，机器人的机械臂还可以包括更多个，如三个等。机械臂的布局参数类型还可以仅包括肩宽或者肩部旋转角度，或者还可以包括其他类型等。

下面将分别对本申请实施例提供的一种多机械臂的布局管理方法、装置、计算机可读存储介质及计算机设备进行详细说明。需说明的是，以下实施例的序号不作为对实施例优选顺序的限定。

图3为本申请实施例提供的多机械臂的布局管理方法的流程示意图。该多机械臂的布局管理方法应用于计算机设备中，该多机械臂的布局管理方法包括以下步骤。

101，通过参数输入界面获取包括至少两个操作设备的待布局设备系统中各操作设备的设备参数、布局空间的约束参数。

至少两个操作设备可以是机器人的至少两个机械臂，如图1和图2中的机器人的左臂和右臂等。待布局设备系统包括至少两个操作设备、控制至少两个操作设备进行操作的控制系统、虚拟摄像机等。

每个操作设备都对应有设备参数。对于机器人的机械臂来说，设备参数包括各操作设备的自由度数量和各操作设备的关节空间。其中，自由度数量指的是机械臂上独立的关节的数量。如图2中，左臂和右臂独立的关节的数量均为三个，则自由度数量就为三，或者称有三个自由度。对于左臂和右臂来说，其对应的自由度数量可相同，也可不同。例如，左臂的自由度数量为七个，右臂的自由度数量为八个等。

对于一个具有n个自由度的机械臂来说，它的所有连杆位置可由一组n个关节变量来确定，这样的一组变量通常被称为n×1的关节矢量。所有关节矢量组成的空间称为关节空间。关节空间所对应的坐标系为局部坐标系。

布局空间的约束参数包括虚拟摄像机的视野范围，机器人操作的工作台高度等等。可理解地，机器人操作时，机械臂不能穿越工作台，机械臂需在工作台上面的空间内进行操作。这些约束参数对操作设备的可达工作空间有影响。

通过参数输入界面获取各操作设备的设备参数、布局空间的约束参数等。

例如，可通过参数输入界面获取输入/选择的各操作设备的设备参数、布局空间的约束参数等。通过参数输入界面可加载工作台等物品模型、操作设备等。

102，获取布局管理模型；该布局管理模型包括多个单设备布局优化模块和多设备联动优化模块，单设备布局优化模块与可达工作空间的评价参数相关，多设备联动优化模块与待布局设备系统内各操作设备之间的协调参数相关。

布局管理模型是预先确定的，布局管理模型中包括多个单设备布局优化模块和多设备联动优化模块。单设备布局优化模块与可达工作空间的评价参数相关，用于对各操作设备单独操作的可达工作空间进行评价，以得到对应的候选布局参数集合。多设备联动优化模块与各操作设备之间的协调参数相关，用于对各操作设备协调操作能力进行评价，以得到候选布局参数组合。

103，根据各操作设备的设备参数以及约束参数，通过单设备布局优化模块得到各操作设备的候选布局参数集合。

一个操作设备，利用一个单设备布局优化模块来进行处理，以得到该操作设备的候选布局参数集合。如此，各操作设备，利用单设备布局优化模块进行处理，以得到各操作设备对应的候选布局参数集合。

对于机械臂来说，假设布局参数类型包括肩宽和肩部旋转角度，则候选布局参数集合中包括多组肩宽和肩部旋转角度的值。

在一实施例中，如图4所示，步骤103包括步骤1031至步骤1033。

1031，根据各操作设备的设备参数以及约束参数，通过单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的可达工作空间。

操作设备的操作端指的是操作设备中执行操作的部分，如图2所示，机械臂的操作端为机械臂中最后一个关节(远离肩部的关节)的末端。可达工作空间指的是操作设备的操作端在执行操作时实际真正可以到达的点云所对应的空间区域。

对于机械臂来说，设备参数包括各操作设备的自由度数量和各操作设备的关节空间。在一实施例中，上述步骤1031，包括：根据各操作设备的自由度数量和关节空间，通过单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的理论工作空间；根据约束参数，通过单设备布局优化模块从理论工作空间中确定各操作设备的可达工作空间。

可以理解地，对于肩宽和肩部旋转角度，都有一个理论布局数据范围。例如，肩部旋转角度的理论布局数据范围为0至90度，肩宽的理论布局数据范围为10mm至500mm等。将理论布局数据范围中的每组理论布局数据输入至单设备布局优化模块中，根据各操作设备的自由度数量和关节空间，通过单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的理论工作空间，以进一步确定各操作设备的可达工作空间。其中，每组理论布局数据包括一个肩宽的理论布局数据和一个肩部旋转角度的理论布局数据。肩宽的每个理论布局数据可以预设距离间隔来进行确定，如10mm、1mm等，肩部旋转角度的每个理论布局数据可以预设角度间隔来进行确定，如2度、1度等。

其中，关节空间中的每个关节都对应有至少一个变量。如关节1所对应的变量1对应一个范围，如-180度到180度，表示关节1所能旋转的角度为-180度到180度之间；关节2所对应的变量2也对应一个范围，如-240度到240度，表示关节1所能旋转的角度为-240度到240度之间；关节3所对应的变量3也对应一个范围，如-360度到360度，表示关节3所能旋转的角度为-360度到360度等。其中，每个关节都对应有一个局部坐标系。

可对关节空间进行采样，以得到关节空间的关节向量，根据自由度数量和关节空间的关节向量确定各操作设备的操作端对应的理论工作空间。其中，对关节空间进行采样可使用随机采样，例如，使用蒙特卡洛随机采样方法来对关节空间进行随机采样；也可使用均匀采样，下文中将会详细描述。

在一实施例中，根据各操作设备的自由度数量和关节空间，通过所述单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的理论工作空间的步骤，包括：通过所述单设备布局优化模块对各操作设备的关节空间进行均匀采样，以根据均匀采样的采样结果确定各操作设备在关节空间的关节向量；根据自由度数量确定各操作设备的正向运动学函数；根据各操作设备在关节空间的关节向量和正向运动学函数，确定各操作设备的操作端对应的理论工作空间。

其中，对于均匀采样，可理解为等角度进行采样。例如，对于关节1，假设均匀采样的采样间隔为5度(采样间隔还可以为其他的值)，则关节1所对应的变量1从-180度到180度，以对应的采样间隔进行采样。如此，对所有的关节都进行等角度采样，以得到操作设备对应的关节向量。通过所述单设备布局优化模块对每个操作设备的关节空间进行均匀采样，以得到每个操作设备在关节空间的关节向量。采用均匀采样，提高采样精度，使得采样结果可以覆盖整个关节空间。

接下来确定各操作设备的正向运动学函数，具体地，根据自由度数量来确定各操作设备的正向运动学函数。对于机械臂来说，若每个机械臂所对应的自由度数量不同，则对应的正向运动学函数也会存在不同。

确定了各操作设备在关节空间的关节向量和正向运动学函数后，可根据对应操作设备的关节向量和正向运动学函数，确定对应操作设备的操作端对应的理论工作空间。其中，一个关节向量和正向运动学函数可确定操作端对应的一个位置向量，可理解地，一个关节向量对应操作端的一个位置向量。

当操作设备为左臂和右臂时，单设备布局优化模块可按照如下公式(1)和公式(2)来确定左臂的操作端对应的理论工作空间和右臂的操作端对应的理论工作空间。

W_L＝x_L＝_L(q_L)|_L,min≤q_L≤q_L,max}(1)

W_R＝x_R＝_R(q_R)|_R,min≤q_R≤q_R,max}(2)

其中，x_L、x_R分别为左臂和右臂的操作端的位置向量，q_L、q_R分别为左臂和右臂在关节空间的关节向量，q_L,min、q_L,max分别为左臂关节向量的最小值和最大值，q_R,min、q_R,max分别为右臂关节向量的最小值和最大值。f_L(.)、f_R(.)分别为左臂和右臂的正向运动学函数。

将左臂的操作端所对应的位置向量构成的点云作为左臂的操作端对应的理论工作空间，将右臂的操作端所对应的位置向量构成的点云作为右臂的操作端对应的理论工作空间。左臂对应的理论工作空间和右臂对应的理论工作空间大致呈球形。

确定了各操作设备的理论工作空间后，由于在实际场景中，可能会存在空间约束，则会根据空间约束的约束参数，从理论工作空间中确定各操作设备的可达工作空间。其中，对于机器人的左臂和右臂来说，约束参数可以相同，也可以不同。

空间约束的约束参数，可以包括空间约束的物品模型(如工作台)的位置、虚拟摄像机的视野范围等参数。从理论工作空间的点云中去除空间约束的物品模型的位置点以及处于虚拟摄像机的视野范围之外的位置点等，以得到各操作设备的可达工作空间。

可以理解地，对于每组理论布局数据(包括一个肩宽的理论布局数据和一个肩部旋转角度的理论布局数据)，各操作设备都会得到对应的一个可达工作空间。

1032，通过单设备布局优化模块确定可达工作空间对应的评价参数数据。

各操作设备对应的可达工作空间，分别通过各操作设备的单设备布局优化模块来进行处理，以确定每个可达工作空间对应的评价参数数据。

在一实施例中，步骤1032，包括：通过单设备布局优化模块确定可达工作空间的雅可比矩阵的值；根据雅可比矩阵的值和预设操作能力评价公式确定可达工作空间的评价参数数据。

一个可达工作空间对应一个雅可比矩阵的值。

当操作设备包括机器人的左臂和右臂时，对于预设操作能力评价公式可如下公式(3)(4)所示。

其中，I_L、I_R分别表示左臂和右臂的可达工作空间的评价参数数据，J(q_L)、J(q_R)分别表示左臂和右臂的雅可比矩阵，tr(.)表示矩阵的迹。

通过利用雅可比矩阵，并设计预设操作能力评价公式，以确定可达工作空间的评价参数数据。所确定的可达工作空间的评价参数数据的范围为(0,1)，其中，可达工作空间的评价参数数据越接近于1，则意味着可达工作空间越接近于球形，机械臂的操作性能越平稳，机械臂的操作性能越优。

1033，根据评价参数数据确定各操作设备的候选布局参数集合。

在一实施例中，步骤1033，包括：将每个操作设备的评价参数数据按照从高到底的顺序排序，从排序后的评价参数数据中获取前预设数量的评价参数数据，将前预设数量的评价参数数据所对应的理论布局数据(包括一个肩宽的理论布局数据和一个肩部旋转角度的理论布局数据)作为该操作设备所对应的候选布局参数集合，如此，以得到各操作设备所对应的候选布局参数集合。其中，预设数量可以是20、50等整数。当布局参数类型包括肩宽和肩部旋转角度时，候选布局参数结合中包括多组肩宽和肩部旋转角度的值。

在一实施例中，步骤1033，包括：将评价参数数据大于预设评价数值的评价参数数据作为目标评价参数数据，将目标评价参数数据所对应的理论布局数据(包括一个肩宽的理论布局数据和一个肩部旋转角度的理论布局数据)作为该操作设备所对应的候选布局参数集合，如此，以得到各操作设备所对应的候选布局参数集合。其中，预设评价数值可以是0.9等大于零小于一的数值。当布局参数类型包括肩宽和肩部旋转角度时，候选布局参数结合中包括多组肩宽和肩部旋转角度的值。

还可以根据评价参数数据，通过其他方式来确定各操作设备的候选布局参数集合。

以上，根据各操作设备的设备参数以及约束参数，通过单设备布局优化模块来得到各操作设备的候选布局参数集合。上述确定的候选布局参数集合的过程中使用的是各操作设备本身对应的布局坐标系。

104，通过多设备联动优化模块，根据各操作设备的候选布局参数集合得到待布局设备系统的候选布局参数组合。

由于各操作设备协调操作，因此，通过多设备联动优化模块来确定各操作设备协调操作的操作能力，根据协调操作的操作能力，从各操作设备的候选布局参数集合中确定待布局设备系统的候选布局参数组合。

在一实施例中，如图4所示，步骤104，包括步骤1041至步骤1043。

1041，获取各操作设备的候选布局参数集合中的每个候选布局参数对应的可达工作空间中的有效分布点集。

其中，若布局参数类型包括肩宽或者肩部旋转角度，则每个候选布局参数指的是每个肩宽的值或者肩部旋转角度的值，若布局参数类型包括肩宽和肩部旋转角度，则每个候选布局参数对应的是一组候选布局参数，每组候选布局参数中包括一个肩宽的值和一个肩部旋转角度的值。

需要注意的是，各操作设备的候选布局参数集合可能会存在不同。

因此，在一实施例中，步骤1041，包括：获取各操作设备对应的候选布局参数集合；若各操作设备对应的候选布局参数集合存在不同，则从各操作设备对应的候选布局参数集合中确定出每个操作设备都存在的候选布局参数，作为各操作设备对应的最终的候选布局参数集合；获取各操作设备的候选布局参数集合中的每个候选布局参数对应的可达工作空间中的有效分布点集；若各操作设备对应的候选布局参数集合相同，则直接获取各操作设备的候选布局参数集合中的每个候选布局参数对应的可达工作空间中的有效分布点集。

例如，左臂所对应的候选布局参数集合中包括{(310mm，25度)，(320mm，26度)，(325mm，26度)，(325mm，27度)，(330mm，27度)，(340mm,26度)，……}，右臂所对应的候选布局参数集合中包括{(295mm，25度)，(320mm，26度)，(325mm，26度)，(325mm，27度)，(330mm，27度)，……}。则左右所对应的候选布局参数集合和右臂所对应的候选布局参数集合不相同，确定左臂和右臂对应的最终的候选布局参数集合为{(320mm，26度)，(325mm，26度)，(325mm，27度)，(330mm，27度)，……}。

在其他实施例中，若各操作设备对应的候选布局参数集合存在不同，还可以按照其他方式来确定最终的候选布局参数结合。如将各操作设备所对应的候选布局参数集合的合集作为各操作设备的最终的候选布局参数集合，或者将其中任意一个操作设备所对应的候选布局参数集合作为最终的候选布局参数集合等。

后续步骤中，以该处所确定的最终的候选布局参数集合来进行计算。

对于每个操作设备，获取该操作设备的候选布局参数集合中的每个候选布局参数对应的可达工作空间的有效分布点集(可达工作空间中的点云)，如此，获取各操作设备的候选布局参数集合中的每个候选布局参数对应的可达工作空间的有效分布点集。

可以理解地，一个候选布局参数(一组候选布局参数)对应一个可达工作空间，一个可达工作空间对应一个有效分布点集。

如图5和图6所示，图5和图6中以机器人的机械臂为例进行说明，图5中机器人包括左臂和右臂等两个操作设备，图6中机器人包括第一臂、第二臂和第三臂等三个操作设备。

图5中左臂的一组候选布局参数(肩宽L₁和肩部旋转角度θ₁)对应一个可达工作空间的有效分布点集，右臂的一组候选布局参数(肩宽L₁和肩部旋转角度θ₁)对应一个可达工作空间的有效分布点集。同理，图6中在候选布局参数(肩宽L₂和肩部旋转角度θ₂)下，第一臂对应一个可达工作空间的有效分布点击，第二臂对应一个可达工作空间的有效分布点集，第三臂对应一个可达工作空间的有效分布点集。

其中，在图5和图6中，机器人的每个机械臂所对应的一个可达工作空间的有效分布点集均是平面投影示意图。从图中可以看出，每个臂所对应的一个可达工作空间的有效分布点集的平面投影示意图大致呈圆形。需要注意的是，图5和图6只是示意，并不构成对应有效分布点集中的点的数量和位置的限定。

1042，根据有效分布点集，通过多设备联动优化模块确定各操作设备的协调操作数据。

根据每个操作设备的有效分布点集，通过多设备联动优化模块确定各操作设备的协调操作数据。

在一实施例中，步骤1042，包括：根据有效分布点集，通过多设备联动优化模块确定有效分布点集对应的概率密度中心的中心位置坐标；根据各操作设备的每个候选布局参数对应的中心位置坐标，通过多设备联动优化模块确定在每个候选布局参数下，各操作设备的中心位置之间的位置间距；将各操作设备之间的位置间距，确定为在每个候选布局参数下，各操作设备之间的协调参数数据。

对于各操作设备的每个候选布局参数对应的可达工作空间中的有效分布点集，通过多设备联动优化模块确定有效分布点集对应的概率密度中心的中心位置坐标。其中，概率密度中心指的是有效分布点集中所有点的平均坐标所对应的位置。将该位置作为中心位置，将概率密度中心的坐标作为中心位置坐标。

如图5所示，左臂对应的可达工作空间的有效分布点集对应一个概率密度中心O₁，O₁对应的中心位置坐标为(x₁，y₁，z₁)。右臂对应的可达工作空间的有效分布点集对应一个概率密度中心O₂，O₂对应的中心位置坐标为(x₂，y₂，z₂)。如图6中所示，第一臂、第二臂和第三臂的可达工作空间的有效分布点集对应的概率密度中心分别为O₃(x₃，y₃，z₃)，O₄(x₄，y₄，z₄)，O₅(x₅，y₅，z₅)。为了突出显示每个机械臂的概率密度中心，将每个机械臂的概率密度中心进行了加粗显示。

确定了中心位置坐标后，根据各操作设备的每个候选布局参数对应的中心位置坐标，通过多设备联动优化模块确定在每个候选布局参数下，各操作设备的中心位置之间的位置间距，将该位置间距，确定为在每个候选布局参数下，各操作设备之间的协调参数数据。

对于每个候选布局参数，确定各操作设备的中心位置之间的位置间距。若操作设备包括两个，如图5所示，对于候选布局参数(肩宽L₁和肩部旋转角度θ₁)，确定左臂所对应的概率密度中心(中心位置)O₁和右臂所对应的概率密度中心(中心位置)O₂之间的位置间距为O₁和O₂之间线段的长度O₁O₂，将该位置间距，确定为该候选布局参数下，左臂和右臂之间的协调参数数据。

其中，可通过如下公式(5)确定在一个候选布局参数下，两个操作设备的可达工作空间的有效分布点集的概率密度中心(中心位置)的中心位置坐标和两个操作设备的中心位置之间的位置间距，即通过公式(5)可确定两个操作设备之间的协调参数数据。

其中，d_center表示位置间距，x_li,y_li,z_li表示第一个操作设备的可达工作空间中的第i个有效点的坐标，x_ri,y_ri,z_ri表示另一个操作设备的可达工作空间的第i个有效点的坐标，n_l表示第一个操作设备的有效点数的个数，n_r表示另一个操作设备的有效点数的个数。

需要注意的是，公式(5)中可确定在同一个候选布局参数下，两个操作设备之间的协调参数数据。

若待布局设备系统中的操作设备不止两个，如三个，则将在同一个候选布局参数下，三个操作设备的中心位置围成的三角形三条边的长度之和作为三个操作设备之间的位置间距，将该位置间距作为三个操作设备之间的协调参数数据。如图6所示，在肩宽L₂和肩部旋转角度θ₂对应的候选布局参数下，将第一臂、第二臂和第三臂等三个操作设备的中心位置围成的三角形O₃O₄O₅、三条边O₃O₄、O₄O₅、O₃O₅的长度之和作为三个操作设备的位置间距，并将该位置间距作为三个操作设备的协调参数数据。

若待布局设备系统中的操作设备为四个，在同一个候选布局参数下，四个操作设备之间的协调参数数据的确定是将四个操作设备的中心位置围成的四边形四条边的长度之和作为四个操作设备之间的协调参数数据。更多个操作设备之间的协调参数数据的确定类似，将不再赘述。

1043，根据协调操作数据确定待布局设备系统的候选布局参数组合。

协调操作数据代表了各操作设备之间的协调操作能力，根据协调操作数据确定待布局设备系统的候选布局参数组合。

其中，协调操作数据越小，意味着各操作设备的协调操作能力越强。协调操作数据越大，意味着各操作设备的协调操作能力越弱。例如，在同一个候选布局参数下，左臂和右臂的协调参数数据为左臂和右臂的概率密度中心的位置间距，左臂和右臂的位置间距越小，意味着左臂和右臂的工作空间的重合度越高，左臂和右臂的协调操作能力越强。

在一实施例中，步骤1043，包括：将协调操作数据按照从大到小的顺序排序，从排序后的协调操作数据中获取前预设数目的协调操作数据(或者从排序后的协调操作数据中获取前预设比例的协调操作数据)，将前预设数目的协调操作数据(或者将前预设比例的协调操作数据)所对应的候选布局参数作为待布局设备系统中的各操作设备的候选布局参数组合。其中，预设数目可以是5、3、1等整数，预设比例可以为50％等比例值。

当布局参数类型包括肩宽和肩部旋转角度时，候选布局参数组合中包括预设数目的肩宽和肩部旋转角度的值。例如，候选布局参数组合包括{(325mm，26度)，(325mm，27度)，(330mm，27度)，……}等。

如图7所示，为左臂和右臂在相同肩宽和相同肩部旋转角度(图中未示出)下，所对应的概率密度中心的位置间距的示意图。图7中，曲线11表示肩宽随位置间距变化的曲线，虚线12表示位置间距变化变为线性的线。圆圈13表示位置间距变化由非线性变为线性的部分。从图7中可以看出，随着肩宽的不断增大，左臂和右臂的概率密度中心的位置间距的变化由非线性变为线性。将位置间距的变化由非线性变为线性的候选布局参数作为候选布局参数组合，即圆圈13所对应的肩宽和肩部旋转角度组合。需要注意的是，为了突出效果，图7中显示了多个不同的肩宽和肩部旋转角度下的位置间距的示意图。

上述步骤104中在全局坐标系中实现。步骤104具体限定了，通过多设备联动优化模块，从各操作设备的候选布局参数集合中得到待布局设备系统的候选布局参数组合。通过多设备联动优化模块确定的候选布局参数组合，考虑了各操作设备的协调操作能力，从而可提高多操作设备协调操作的操作能力和操作效率。

105，根据候选布局参数组合，在布局展示界面上展示待布局设备系统中各操作设备的布局结果。

布局展示界面用于展示待布局设备系统中各操作设备的布局结果。

在一实施例中，将候选布局参数集合直接作为待布局设备系统中各操作设备的布局结果，并在布局展示界面上进行展示。

在一实施例中，还可以根据一些设计规则，从候选布局参数结合中，确定目标布局参数组合，并将目标布局参数组合作为待布局设备系统中各操作设备的布局结果，以在布局展示界面上进行展示。其中，设计规则包括使用成本最少，或者其他的设计规则。

上述方法实施例不仅可以实现自动对多个操作设备进行布局，而且在对多个操作设备进行布局时不仅考虑了多个操作设备中的各操作设备单独操作的影响，同时也考虑了多个操作设备协调操作的影响，提高确定多操作设备布局参数的效率和准确率，提高多操作设备协调操作的操作效率和操作能力。

上述所有的技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。

为便于更好的实施本申请实施例的多机械臂的布局管理方法，本申请实施例还提供一种多机械臂的布局管理装置。请参阅8，图8为本申请实施例提供的多机械臂的布局管理装置的结构示意图。该多机械臂的布局管理装置200可以包括参数获取模块201，模型获取模块202，第一确定模块203、第二确定模块204以及展示模块205。

参数获取模块201，用于通过参数输入界面获取布局空间的约束参数、包括至少两个操作设备的待布局设备系统中各操作设备的设备参数。

模型获取模块202，用于获取布局管理模型；该布局管理模型包括多个单设备布局优化模块和多设备联动优化模块，单设备布局优化模块与可达工作空间的评价参数相关，多设备联动优化模块与待布局设备系统内各操作设备之间的协调参数相关。

第一确定模块203，用于根据各操作设备的设备参数以及约束参数，通过单设备布局优化模块得到各操作设备的候选布局参数集合。

在一实施例中，第一确定模块203，具体用于根据各操作设备的所述设备参数和所述约束参数，通过所述单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的可达工作空间；通过所述单设备布局优化模块确定所述可达工作空间对应的评价参数数据；根据所述评价参数数据确定各操作设备的候选布局参数集合。

在一实施例中，第一确定模块203，在执行通过所述单设备布局优化模块确定所述可达工作空间对应的评价参数数据的步骤时，具体执行：通过所述单设备布局优化模块确定所述可达工作空间的雅可比矩阵的值；根据所述雅可比矩阵的值和预设操作能力评价公式确定所述可达工作空间的评价参数数据。

在一实施例中，所述设备参数包括各操作设备的自由度数量和各操作设备的关节空间，第一确定模块203，在执行根据各操作设备的所述设备参数和所述约束参数，通过所述单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的可达工作空间的步骤时，具体执行：根据各操作设备的所述自由度数量和所述关节空间，通过所述单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的理论工作空间；根据所述约束参数，从所述理论工作空间中确定各操作设备的可达工作空间。

在一实施例中，第一确定模块203，在执行根据各操作设备的所述自由度数量和所述关节空间，通过所述单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的理论工作空间的步骤时，具体执行：根据各操作设备的所述自由度数量和所述关节空间，通过所述单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的理论工作空间；根据所述约束参数，从所述理论工作空间中确定各操作设备的可达工作空间。

在一实施例中，第一确定模块203，在执行根据各操作设备的所述自由度数量和所述关节空间，通过所述单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的理论工作空间的步骤时，具体执行：通过所述单设备布局优化模块对各操作设备的所述关节空间进行均匀采样，以根据均匀采样的采样结果确定各操作设备在关节空间的关节向量；根据所述自由度数量确定各操作设备的正向运动学函数；根据各操作设备在关节空间的关节向量和所述正向运动学函数，确定各操作设备的操作端对应的理论工作空间。

第二确定模块204，用于通过多设备联动优化模块，根据各操作设备的候选布局参数集合得到待布局设备系统的候选布局参数组合。

在一实施例中，第二确定模块204，具体用于获取所述各操作设备的候选布局参数集合中的每个候选布局参数对应的可达工作空间中的有效分布点集；根据所述有效分布点集，通过所述多设备联动优化模块确定各操作设备的协调操作数据；根据所述协调操作数据确定所述待布局设备系统的候选布局参数组合。

在一实施例中，第二确定模块204，在执行根据所述有效分布点集，通过所述多设备联动优化模块得到确定各操作设备的协调操作数据的步骤时，具体执行：根据所述有效分布点集，通过所述多设备联动优化模块确定所述有效分布点集对应的概率密度中心的中心位置坐标；根据各操作设备的每个候选布局参数对应的所述中心位置坐标，通过所述多设备联动优化模块确定在每个候选布局参数下，各操作设备的中心位置之间的位置间距；将各操作设备之间的所述位置间距，确定为在每个候选布局参数下，各操作设备之间的协调参数数据。

展示模块205，用于根据候选布局参数组合，在布局展示界面上展示待布局设备系统中各操作设备的布局结果。

上述所有的技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。

相应的，本申请实施例还提供一种计算机设备，该计算机设备可以为终端或者服务器。如图9所示，图9为本申请实施例提供的计算机设备的结构示意图。该计算机设备300包括有一个或者一个以上处理核心的处理器301、有一个或一个以上计算机可读存储介质的存储器302及存储在存储器302上并可在处理器上运行的计算机程序。其中，处理器301与存储器302电性连接。本领域技术人员可以理解，图中示出的计算机设备结构并不构成对计算机设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

处理器301是计算机设备300的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机设备300的各个部分，通过运行或加载存储在存储器302内的软件程序(计算机程序)和/或模块，以及调用存储在存储器302内的数据，执行计算机设备300的各种功能和处理数据，从而对计算机设备300进行整体监控。

在本申请实施例中，计算机设备300中的处理器301会按照如下的步骤，将一个或一个以上的应用程序的进程对应的指令加载到存储器302中，并由处理器301来运行存储在存储器302中的应用程序，从而实现各种功能：

通过参数输入界面获取包括至少两个操作设备的待布局设备系统中各操作设备的设备参数、布局空间的约束参数；获取布局管理模型；所述布局管理模型包括多个单设备布局优化模块和多设备联动优化模块，所述单设备布局优化模块与可达工作空间的评价参数相关，所述多设备联动优化模块与待布局设备系统内各操作设备之间的协调参数相关；根据各操作设备的设备参数以及所述约束参数，通过所述单设备布局优化模块得到各操作设备的候选布局参数集合；通过所述多设备联动优化模块，根据所述各操作设备的候选布局参数集合得到所述待布局设备系统的候选布局参数组合；根据所述候选布局参数组合，在布局展示界面上展示所述待布局设备系统中各操作设备的布局结果。

以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。

可选的，如图9所示，计算机设备300还包括：触控显示屏303、射频电路304、音频电路305、输入单元306以及电源307。其中，处理器301分别与触控显示屏303、射频电路304、音频电路305、输入单元306以及电源307电性连接。本领域技术人员可以理解，图9中示出的计算机设备结构并不构成对计算机设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

触控显示屏303可用于显示图形用户界面以及接收用户作用于图形用户界面产生的操作指令。触控显示屏303可以包括显示面板和触控面板。其中，显示面板可用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息以及计算机设备的各种图形用户接口，这些图形用户接口可以由图形、文本、图标、视频和其任意组合来构成。可选的，可以采用液晶显示器(LCD，Liquid Crystal Display)、有机发光二极管(OLED，Organic Light-EmittingDiode)等形式来配置显示面板。触控面板可用于收集用户在其上或附近的触摸操作(比如用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触控面板上或在触控面板附近的操作)，并生成相应的操作指令，且操作指令执行对应程序。触控面板可覆盖显示面板，当触控面板检测到在其上或附近的触摸操作后，传送给处理器301以确定触摸事件的类型，随后处理器301根据触摸事件的类型在显示面板上提供相应的视觉输出。在本申请实施例中，可以将触控面板与显示面板集成到触控显示屏303而实现输入和输出功能。但是在某些实施例中，触控面板与触控面板可以作为两个独立的部件来实现输入和输出功能。即触控显示屏303也可以作为输入单元306的一部分实现输入功能。

在本申请实施例中，该触控显示屏303用于呈现图形用户界面以及接收用户作用于图形用户界面产生的操作指令。

射频电路304可用于收发射频信号，以通过无线通信与模块设备或其他计算机设备建立无线通讯，与模块设备或其他计算机设备之间收发信号。

音频电路305可以用于通过扬声器、传声器提供用户与计算机设备之间的音频接口。音频电路305可将接收到的音频数据转换后的电信号，传输到扬声器，由扬声器转换为声音信号输出；另一方面，传声器将收集的声音信号转换为电信号，由音频电路305接收后转换为音频数据，再将音频数据输出处理器301处理后，经射频电路304以发送给比如另一计算机设备，或者将音频数据输出至存储器302以便进一步处理。音频电路305还可能包括耳塞插孔，以提供外设耳机与计算机设备的通信。

输入单元306可用于接收输入的数字、字符信息或用户特征信息(例如指纹、虹膜、面部信息等)，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键盘、鼠标、操作杆、光学或者轨迹球信号输入。

电源307用于给计算机设备300的各个部件供电。可选的，电源307可以通过电源管理系统与处理器301逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。电源307还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。

尽管图9中未示出，计算机设备300还可以包括摄像头、传感器、无线保真模块、蓝牙模块等，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。

为此，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其中存储有多条计算机程序，该计算机程序能够被处理器进行加载，以执行本申请实施例所提供的任一种多机械臂的布局管理方法中的步骤。例如，该计算机程序可以执行如下步骤：

通过参数输入界面获取包括至少两个操作设备的待布局设备系统中各操作设备的设备参数、布局空间的约束参数；获取布局管理模型；所述布局管理模型包括多个单设备布局优化模块和多设备联动优化模块，所述单设备布局优化模块与可达工作空间的评价参数相关，所述多设备联动优化模块与待布局设备系统内各操作设备之间的协调参数相关；根据各操作设备的设备参数以及所述约束参数，通过所述单设备布局优化模块得到各操作设备的候选布局参数集合；通过所述多设备联动优化模块，根据所述各操作设备的候选布局参数集合得到所述待布局设备系统的候选布局参数组合；根据所述候选布局参数组合，在布局展示界面上展示所述待布局设备系统中各操作设备的布局结果。

以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。

其中，该存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

由于该存储介质中所存储的计算机程序，可以执行本申请实施例所提供的任一种多机械臂的布局管理方法中的步骤，因此，可以实现本申请实施例所提供的任一种多机械臂的布局管理方法所能实现的有益效果，详见前面的实施例，在此不再赘述。

以上对本申请实施例所提供的一种多机械臂的布局管理方法、装置、存储介质及计算机设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种多机械臂的布局管理方法，其特征在于，包括：

通过参数输入界面获取包括至少两个操作设备的待布局设备系统中各操作设备的设备参数、布局空间的约束参数；

获取布局管理模型；所述布局管理模型包括多个单设备布局优化模块和多设备联动优化模块，所述单设备布局优化模块与可达工作空间的评价参数相关，所述多设备联动优化模块与待布局设备系统内各操作设备之间的协调参数相关；

根据各操作设备的设备参数以及所述约束参数，通过所述单设备布局优化模块得到各操作设备的候选布局参数集合；

通过所述多设备联动优化模块，根据所述各操作设备的候选布局参数集合得到所述待布局设备系统的候选布局参数组合；

根据所述候选布局参数组合，在布局展示界面上展示所述待布局设备系统中各操作设备的布局结果。

2.根据权利要求1所述的多机械臂的布局管理方法，其特征在于，所述通过所述多设备联动优化模块，根据所述各操作设备的候选布局参数集合得到所述待布局设备系统的候选布局参数组合的步骤，包括：

获取所述各操作设备的候选布局参数集合中的每个候选布局参数对应的可达工作空间中的有效分布点集；

根据所述有效分布点集，通过所述多设备联动优化模块确定各操作设备的协调操作数据；

根据所述协调操作数据确定所述待布局设备系统的候选布局参数组合。

3.根据权利要求2所述的多机械臂的布局管理方法，其特征在于，根据所述有效分布点集，通过所述多设备联动优化模块得到确定各操作设备的协调操作数据的步骤，包括：

根据所述有效分布点集，通过所述多设备联动优化模块确定所述有效分布点集对应的概率密度中心的中心位置坐标；

根据各操作设备的每个候选布局参数对应的所述中心位置坐标，通过所述多设备联动优化模块确定在每个候选布局参数下，各操作设备的中心位置之间的位置间距；

将各操作设备之间的所述位置间距，确定为在每个候选布局参数下，各操作设备之间的协调参数数据。

4.根据权利要求1所述的多机械臂的布局管理方法，其特征在于，所述根据各操作设备的设备参数以及所述约束参数，通过所述单设备布局优化模块得到各操作设备的候选布局参数集合的步骤，包括：

根据各操作设备的所述设备参数和所述约束参数，通过所述单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的可达工作空间；

通过所述单设备布局优化模块确定所述可达工作空间对应的评价参数数据；

根据所述评价参数数据确定各操作设备的候选布局参数集合。

5.根据权利要求4所述的多机械臂的布局管理方法，其特征在于，所述通过所述单设备布局优化模块确定所述可达工作空间对应的评价参数数据的步骤，包括：

通过所述单设备布局优化模块确定所述可达工作空间的雅可比矩阵的值；

根据所述雅可比矩阵的值和预设操作能力评价公式确定所述可达工作空间的评价参数数据。

6.根据权利要求4所述的多机械臂的布局管理方法，其特征在于，所述设备参数包括各操作设备的自由度数量和各操作设备的关节空间，所述根据各操作设备的所述设备参数和所述约束参数，通过所述单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的可达工作空间的步骤，包括：

根据各操作设备的所述自由度数量和所述关节空间，通过所述单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的理论工作空间；

根据所述约束参数，从所述理论工作空间中确定各操作设备的可达工作空间。

7.根据权利要求6所述的多机械臂的布局管理方法，其特征在于，所述根据各操作设备的所述自由度数量和所述关节空间，通过所述单设备布局优化模块确定各操作设备的操作端对应的理论工作空间的步骤，包括：

通过所述单设备布局优化模块对各操作设备的所述关节空间进行均匀采样，以根据均匀采样的采样结果确定各操作设备在关节空间的关节向量；

根据所述自由度数量确定各操作设备的正向运动学函数；

根据各操作设备在关节空间的关节向量和所述正向运动学函数，确定各操作设备的操作端对应的理论工作空间。

8.一种多机械臂的布局管理装置，其特征在于，包括：

参数获取模块，用于通过参数输入界面获取布局空间的约束参数、包括至少两个操作设备的待布局设备系统中各操作设备的设备参数；

模型获取模块，用于获取布局管理模型；所述布局管理模型包括多个单设备布局优化模块和多设备联动优化模块，所述单设备布局优化模块与可达工作空间的评价参数相关，所述多设备联动优化模块与待布局设备系统内各操作设备之间的协调参数相关；

第一确定模块，用于根据各操作设备的所述设备参数以及所述约束参数，通过所述单设备布局优化模块得到各操作设备的候选布局参数集合；

第二确定模块，用于通过所述多设备联动优化模块，根据所述各操作设备的候选布局参数集合得到所述待布局设备系统的候选布局参数组合；

展示模块，用于根据所述候选布局参数组合，在布局展示界面上展示所述待布局设备系统中各操作设备的布局结果。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，执行如权利要求1-7任一项所述的多机械臂的布局管理方法中的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适于处理器进行加载，以执行如权利要求1-7任一项所述的多机械臂的布局管理方法中的步骤。

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