[發(fā)明專利]一種使用機械臂完成不可重復(fù)覆蓋任務(wù)抬起次數(shù)最少的方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010565285.9 | 申請日： | 2020-06-19 |
| 公開（公告）號： | CN111823231B | 公開（公告）日： | 2021-07-02 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 王越;楊桐;熊蓉 | 申請（專利權(quán)）人： | 浙江大學(xué) |
| 主分類號： | B25J9/16 | 分類號： | B25J9/16 |
| 代理公司： | 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200 | 代理人： | 邱啟旺 |
| 地址： | 310058 浙江*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 使用 機械 完成 不可 重復(fù) 覆蓋 任務(wù) 抬起 次數(shù) 最少 方法 | ||
1.一種使用機械臂完成不可重復(fù)覆蓋任務(wù)抬起次數(shù)最少的方法，其特征在于，所述機械臂的末端執(zhí)行器與待覆蓋物體表面間的接觸為點接觸，且待覆蓋物體、機械臂以及環(huán)境中的障礙物的相對位置關(guān)系已知，且在覆蓋任務(wù)執(zhí)行過程中保持不變，
所述使用機械臂完成不可重復(fù)覆蓋任務(wù)抬起次數(shù)最少的方法具體包括以下步驟：
步驟一、對待覆蓋物體的曲面M上所有的點進行機械臂逆運動學(xué)求解，獲得覆蓋此點時機械臂的位姿，對于曲面M上的任一點p，所有的可行位姿記為{Jp1，Jp2，…，Jpn}，若待覆蓋物體表面被完整覆蓋，則所有的點均對應(yīng)一組可行的位姿；否則，待覆蓋物體表面上不能覆蓋到的點沒有對應(yīng)的位姿，曲面M上的所有點的可行位姿構(gòu)成機械臂的關(guān)節(jié)空間，所述機械臂的關(guān)節(jié)空間包括奇異位姿和非奇異位姿，
步驟二、除去所有奇異位姿后，所述機械臂的關(guān)節(jié)空間被分割成若干不相交的集合，每個集合中存儲能被機械臂連續(xù)執(zhí)行的位姿，將相同集合中的位姿標注相同的編號，不同集合中的位姿標注不同的編號，將不同的集合編號設(shè)置為c1，…，cn，曲面M上的每一點根據(jù)其可行位姿對應(yīng)的編號獲得點p對應(yīng)的編號組合，
步驟三、根據(jù)待覆蓋物體的曲面M上的點的連通性，把具有相同編號組合、且在待覆蓋物體的曲面M上連通的點劃分為同一個胞腔，兩個胞腔之間的交界處記為一條拓撲邊，每個胞腔具有唯一的編號，記為第一胞腔、第二胞腔……、第N胞腔，且在后文被稱為第一胞腔、第二胞腔等，每個胞腔可覆蓋此胞腔的不同種機械臂位姿(即前述的編號組合)，還按順序存儲與之鄰接的胞腔的編號，
步驟四、對于單連通的胞腔，用二進制數(shù)編碼其所有不同的切割方式：二進制數(shù)的數(shù)字個數(shù)就是此胞腔的拓撲邊個數(shù)，根據(jù)二進制數(shù)中對應(yīng)數(shù)位是1還是0，0表示這條拓撲邊會被保留，即拓撲邊兩側(cè)的兩個胞腔最終會是不同的編號，在機械臂執(zhí)行時末端執(zhí)行器抬起一次；1表示這條拓撲邊會被刪除，即拓撲邊兩側(cè)的區(qū)域最終是相同的編號，在機械臂執(zhí)行時被末端執(zhí)行器連續(xù)、無抬起地覆蓋，對于拓撲邊數(shù)為1、2、3的胞腔，直接使用枚舉方法獲得最優(yōu)解，然而，對于拓撲邊數(shù)超過3的胞腔，經(jīng)過分解后可能形成子胞腔，而子胞腔的拓撲邊數(shù)少于原胞腔，通過遞歸求解出所有出現(xiàn)的子胞腔，獲得所有可能的解，
步驟五、對于n連通胞腔，n連通胞腔內(nèi)部有n-1個內(nèi)部邊界，我們使用遞歸的方法求解n連通胞腔，n連通胞腔的分解方法步驟如下：
(5.1)當n＝1時，所述胞腔即為步驟四中的單連通胞腔，使用步驟四求解即可，
(5.2)當n＝2時，所述胞腔有兩條邊界，記為內(nèi)邊界和外邊界，每條邊界都由若干拓撲邊組成，其中每個拓撲邊都會連接至另一個胞腔，我們使用如下方法將二連通胞腔的所有可能解法進行完整的分類：
(5.2.1)考慮不存在內(nèi)外邊界相連通的切割路徑的情況，將內(nèi)外邊界分開，視作兩個單連通胞腔各自求解；
(5.2.2)考慮內(nèi)外邊界相連通的切割路徑，先設(shè)計兩條連接內(nèi)、外邊界的切割路徑，將二連通胞腔的分解問題轉(zhuǎn)化為兩個單連通胞腔的分解問題，而后使用步驟四中單連通胞腔的求解方法進行求解，
(5.3)當n＞2時，將n連通胞腔的n-1個內(nèi)邊界編號，其中外邊界和第i個內(nèi)邊界包含的拓撲邊分別用如下符號表示：
ω＝(α1，…，αK)
其中，αK表示該胞腔與它的第K個外部鄰接胞腔之間的拓撲邊，表示該胞腔與它的第i個內(nèi)部邊界上編號為Ji的胞腔之間的拓撲邊，
(5.3.1)只考慮外邊界ω和第一條內(nèi)邊界ω1，根據(jù)步驟五中二連通胞腔的求解過程可知，由ω和ω1構(gòu)成的二連通胞腔中設(shè)計兩條切割路徑使之成為兩個單連通胞腔，
(5.3.2)再將第二條內(nèi)邊界ω2放入(5.3.1)中生成的兩個單連通子胞腔之一， 則這個被放入了ω2的那個單連通子胞腔成為了一個二連通子胞腔，將該二連通子胞腔使用(5.2)所述步驟求解，最終將其再分為兩個單連通子胞腔，經(jīng)過此步驟后，原先的n連通胞腔包含了ω，ω1，ω2，且已經(jīng)被分為了三個單連通子胞腔，
(5.3.3)對于后續(xù)的每個內(nèi)邊界ω3，…，ωn-1，均依次執(zhí)行以下步驟：將ω3，…，ωn-1放入已經(jīng)生成好的某個單連通子胞腔中使之變?yōu)槎B通胞腔，并再切分為兩個單連通子胞腔， 在放入第i個內(nèi)邊界時，原胞腔已經(jīng)被分為了i份， 將n-1個內(nèi)邊界都放入胞腔中后，原胞腔被切分為n個單連通子胞腔，將這n個單連通子胞腔通過步驟四進行求解，
步驟六、根據(jù)步驟四、五的求解過程，使用迭代方式求解待覆蓋物體表面上機械臂的運動學(xué)模型生成的拓撲圖：
(6.1)對待覆蓋物體表面上的第一胞腔，遍歷所述第一胞腔的所有可能的切割方法并設(shè)置編號，即完成所述第一胞腔的所有解法，對所有解法中的每一個，執(zhí)行步驟(6.2)；
(6.2)對待覆蓋物體表面上的第二胞腔，遍歷所述第二胞腔的所有可能的切割方法并設(shè)置編號，即完成所述第二胞腔的所有解法，將第二胞腔的所有解法與第一胞腔設(shè)定有矛盾的解刪掉，對第二胞腔中剩下的可行解法中的每一個，執(zhí)行步驟(6.3)；
(6.3)依次對待覆蓋物體表面上的第三胞腔至第N胞腔執(zhí)行步驟(6.2)，使得每個胞腔都被設(shè)置切割方法，且每個切出的子胞腔均為唯一的編號，即獲得機械臂覆蓋子胞腔的方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述機械臂完成不可重復(fù)覆蓋任務(wù)抬起次數(shù)最少的方法，其特征在于，所述待覆蓋物體表面的點只能被覆蓋一次。
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