[發明專利]一種使用機械臂抬起最少次數完成覆蓋任務的方法

有效

• 申請號: 202010568635.7
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111687843B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 王越;楊桐;熊蓉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 李亦慈;唐銀益

1.一種使用機械臂抬起最少次數完成物體表面覆蓋任務的方法，其特征在于，所述的方法使用非冗余機械臂完成覆蓋任務，機械臂的末端執行器與待覆蓋物體間的接觸視為點接觸，所述的待覆蓋物體、機械臂底座、環境中的障礙物以及上述三者的相對位置關系已知，在覆蓋任務執行過程中保持不變；

所述的具體的方法步驟如下：

步驟一、待覆蓋物體的表面曲面使用M表示，對M上所有的點進行機械臂逆運動學求解，獲得機械臂的末端執行器覆蓋此點時機械臂的位姿，對M上的任一點p，所有的可行解記為{J_p1，J_p2，…，J_pn}；

步驟二、M上的所有點的所有可行位姿的集合構成機械臂的關節空間，所述機械臂的關節空間包括奇異位姿和非奇異位姿，在末端執行器與待覆蓋物體有力接觸的任務中，奇異位姿是不能被使用的，除去所有奇異位姿后，機械臂的關節空間被分割成了若干不相交的集合，每個集合中存儲的是被機械臂連續地執行的位姿，將相同集合中的元素標注相同的編號，不同集合中的元素標注不同的編號，將不同的集合編號設置為{c₁，…，c_N}；

步驟三、步驟二共指定了N個編號，按照編號數量從少到多的順序檢查所有的可能組合，列表如下，第一排的每個大括號里只有一個編號，最后一排的大括號里有N個編號：

{c₁}，{c₂}，…，{c_N}

{c₁，c₂}，{c₁，c₃}，{c₁，c_N}，…，{c_N-1，c_N}

…

{c₁，…，c_N}

對于L元組合{c_k1，c_k2，…，c_kL}，若物體表面的每個點對應的所有可行的機械臂關節角中都具有編號為c_k1，c_k2，…，c_kL其中之一的關節角，則{c_k1，c_k2，…，c_kL}是可行的編號組合。

2.根據權利要求1所述的使用機械臂抬起最少次數完成物體表面的覆蓋任務的方法，其特征在于，所述的點接觸為只要在規劃具體覆蓋路徑時，不考慮末端執行器與待覆蓋物體表面的接觸面積，即認為是點接觸。

3.根據權利要求1或2所述的使用機械臂抬起最少次數完成物體表面覆蓋任務的方法，其特征在于，所述的機械臂是固定底座的或搭載于移動平臺上或應用于流水線上的某一個環節。

4.根據權利要求1或2所述的機械臂抬起最少次數完成物體表面覆蓋任務的方法，其特征在于，在整個覆蓋任務中，機械臂的末端與待覆蓋物體解除接觸的次數最少。

5.根據權利要求1所述的機械臂抬起最少次數完成物體表面覆蓋任務的方法，其特征在于，通過所述的編號組合確定了機械臂覆蓋每個點的步驟如下：

1)機械臂將所有對應于編號c_k1的關節角全部運行；

2)末端執行器需要離開物體表面一次，末端執行器離開物體表面前的位姿是一個編號為c_k1的位姿，而與物體表面重新接觸時的位姿是一個編號為c_k2的位姿；

3)機械臂將所有對應于編號c_k2的關節角全部運行；

4)對編號c_k1，…，c_k(L-1)所代表的關節角重復2)3)步驟，

經過上述步驟后，物體表面所有可被覆蓋的區域均被覆蓋，覆蓋任務執行完畢。

6.根據權利要求5所述的機械臂抬起最少次數完成物體表面覆蓋任務的方法，其特征在于，所述的步驟2)中，當方法找到的最少的可行的編號組合具有的編號數量為L時，在此覆蓋任務中機械臂要經歷的最少的抬起末端執行器的次數為L-1。

7.根據權利要求1所述的機械臂抬起最少次數完成物體表面覆蓋任務的方法，其特征在于，所述的步驟二中，

對于M上相鄰的兩個點p，q，所對應的機械臂關節角{J_p1，J_p2，…，J_pn}和{J_q1，J_q2，…，J_qm}，對p的每個關節角J_pi，在q的可行關節角序列中最多只有一個J_qj與J_pi連續，將其指定為同一個標號c′，對于p的另一個關節角J_pi′，當J_pi′已經被指定了編號c″，若J_qj′與J_pi′是連續的，則J_qj′的編號也會被指定為c″。