[發明專利]基于線性時序邏輯的機械臂任務與運動規劃方法及系統

在審

• 申請號: 202310447163.3
• 申請日: 2023-04-24
• 公開（公告）號: CN116604550A
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 繆志強;吳文杰;王耀南;黃姿蓉;覃光宇;劉泰來;李林
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 長沙市護航專利代理事務所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 莫曉齊

1.基于線性時序邏輯的機械臂任務與運動規劃方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、搭建機械臂任務與運動規劃模型，所述模型包括依次連接的上層任務規劃模塊、協調模塊和下層運動規劃模塊；

S2、通過相機獲取機械臂及其工作環境的位置信息，將所述機械臂及其工作環境的位置信息和機械臂的任務信息輸入所述上層任務規劃模塊，經過處理，得到可行性網絡拓撲圖，采用基于搜索的規劃算法在所述可行性網絡拓撲圖上進行搜索，得到離散路徑，將所述離散路徑作為任務序列輸出；

S3、所述協調模塊接收所述任務序列并分段，從分段后的任務序列中提取所述機械臂的動作序列，將所述機械臂的動作序列作為規劃建議發送至所述下層運動規劃模塊；

S4、所述下層運動規劃模塊接收所述規劃建議，根據所述規劃建議采用基于采樣的規劃算法對所述機械臂進行運動規劃，得到所述機械臂的運動軌跡，判斷所述機械臂的運動軌跡是否滿足要求；

S5、若所述機械臂的運動軌跡滿足要求，所述下層運動規劃模塊將規劃成功的信息和滿足要求的機械臂的運動軌跡發送至所述協調模塊，所述協調模塊輸出機械臂的運動軌跡。

2.如權利要求1所述的基于線性時序邏輯的機械臂任務與運動規劃方法，其特征在于，所述方法還包括：

S6、若所述機械臂的運動軌跡不滿足要求，所述下層運動規劃模塊將規劃失敗的信息通過所述協調模塊發送至所述上層任務規劃模塊，所述上層任務規劃模塊根據所述規劃失敗的信息對所述可行性網絡拓撲圖對應節點之間組成的邊的權重進行修改，采用規劃算法在所述可行性網絡拓撲圖上重新搜索，得到新的離散路徑，將所述新的離散路徑作為更新后的任務序列輸出，執行步驟S3。

3.如權利要求2所述的基于線性時序邏輯的機械臂任務與運動規劃方法，其特征在于，所述S2中將所述機械臂及其工作環境的位置信息和機械臂的任務信息輸入所述上層任務規劃模塊，經過處理，得到可行性網絡拓撲圖，具體包括：

S21、對機械臂及其工作環境位置信息進行抽象處理，得到加權有限切換系統；

S22、使用線性時序邏輯語言描述機械臂的任務信息，得到機械臂任務的線性時序邏輯表達式；

S23、將所述機械臂任務的線性時序邏輯表達式轉換為Büchi自動機，根據物理環境約束去除所述Büchi自動機中無實際意義的邊，得到優化后的Büchi自動機；

S24、將優化后的Büchi自動機與所述加權有限切換系統進行笛卡爾乘積，得到可行性網絡拓撲圖。

4.如權利要求3所述的基于線性時序邏輯的機械臂任務與運動規劃方法，其特征在于，所述S21中對機械臂及其工作環境位置信息進行抽象處理，得到加權有限切換系統，具體包括：

S211、設置機械臂的動作原語，根據機械臂及其工作環境位置信息將機械臂執行任務的過程抽象為機械臂的動作原語以及機械臂末端的位置節點集；

S212、設置機械臂在不同的動作原語之間的切換成本，通過所述機械臂的動作原語和所述機械臂在不同的動作原語之間的切換成本構建機械臂的動作原語切換關系有向圖；

S213、設置所述機械臂末端的位置節點集中任意兩個不同位置節點組成的邊的權重，將任意兩個不同位置節點組成的邊的權重作為所述機械臂末端在這兩個不同位置節點之間的切換成本；

S214、根據所述機械臂末端的位置節點集和所述機械臂末端的位置節點集中任意兩個不同位置節點之間的切換成本構建機械臂末端位置切換關系有向圖；

S215、將所述機械臂的動作原語切換關系有向圖和所述機械臂末端位置切換關系有向圖進行笛卡爾乘積，得到加權有限切換系統。