一种多机器人协同作业任务的描述方法技术

本发明专利技术公开了一种多机器人协同作业任务的描述方法，分为三个层次对总目标任务进行描述：（1）描述组成总目标任务的各产品级子任务；（2）描述各产品级子任务的优先级、变化特征的状态序列、优化目标及参考坐标系；（3）描述各产品级子任务各个变化特征的状态序列。本发明专利技术所提供的多机器人协同作业任务的描述方法可以表达易于计算机读取和识别的机器人工作站总体作业任务，便于后续的机器人的任务分配和调度等智能决策，有效解决了目前人工方法处理机器人任务的分解、子任务序列和时序约束关系等，实现机器人作业生产全自动化、智能化。

A description method for collaborative tasks of multiple robots

The invention discloses a method for describing a multi-robot cooperative task, which is divided into three levels to describe the total target task: (1) describing each product-level sub-task that constitutes the total target task; (2) describing the priority of each product-level sub-task, the state sequence of the change characteristics, the optimization goal and the reference coordinate system; (2) describing the priority of each product-level sub-task; 3) describe the state sequence of each product sub task. The description method of the multi-robot cooperative operation task provided by the invention can express the overall operation task of the robot workstation which is easy to be read and recognized by the computer, and is convenient for intelligent decision-making such as the task assignment and scheduling of the follow-up robot, and effectively solves the decomposition and sub-task sequence of the robot task handled by the present manual method. And the timing constraint relation, etc., to realize the automation and intellectualization of robot production.

【技术实现步骤摘要】
一种多机器人协同作业任务的描述方法
本专利技术属于智能机器人领域，特别涉及一种多机器人协同作业任务的描述方法。
技术介绍
随着信息技术、机器人技术的不断发展，机器人在工业生产上发挥着越来越重要的作用。与此同时，随着“工业4.0”和“中国制造2025”等主题的提出和发展，以及目前生产越来越趋向于小批量、个性化，制造周期越来越短，柔性智能化制造是我国制造业发展的必然趋势。因此，对机器人的作业要求也随之提高，作业任务的复杂度不断增大，单机器人作业已经越来越难以满足生产需求。多机器人系统组成的工作站可以通过沟通和协调完成更加多样化和复杂的任务。与单机器人相比而言，具有可靠性高、成本低、容错性好、结构简单等特点。然而，多机器人协同作业并不意味着简单地把多个机器人堆砌在一起，这样容易引起由行为上的并行性和突发性、位置上的冲突性等导致的机器人之间的冲突对抗，使得多机器人系统的整体性能不升反降，不能充分发挥优势提高生产效率。因此，为了提高多机器人系统完成作业任务的效果和效率，需要对多机器人协作提供任务级的智能决策支持。要对多机器人协作任务进行智能决策，首先是建立一个可描述多种机器人作业任务的数据模型。现有的多机器人协同作业任务的描述方法多是事先人工对目标任务进行分解，分别对各机器人需要执行的一系列子动作的各个参数和子动作间的约束关系进行定义。当目标任务的复杂度提高时，所构建的机器人工作站很难保证方案最优而且工作效率很低。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多机器人协同作业任务的描述方法，可以克服目前使用通过表示机器人各个子动作的细节以及不同子动作间的约束关系进而描述多机器人协同作业任务的方法导致的效率低的问题。本专利技术为实现上述目的采用以下的技术方案：一种多机器人协同作业任务的描述方法，分为三个层次对总目标任务进行描述，包括：(1)描述组成总目标任务的各产品级子任务；(2)描述各产品级子任务的优先级、变化特的状态序列、优化目标及参考坐标系；(3)描述各产品级子任务各个变化特征的状态序列。进一步地，所述层次(1)中产品级子任务表示的是机器人操作对象(如零件)的的状态，而不包括机器人的子动作描述。进一步地，所述层次(2)中优先级用于确定不同子任务的某一子动作占用同一机器人作业单元时的处理策略。对于优先级较高的子任务，则其子动作优先占用该机器人作业单元；对于优先级别较低的，则需在优先级较高的子任务的相应子动作完成后，方可占用该机器人作业单元。进一步地，所述层次(2)中的变化特征的状态序列包括操作对象属性变化的特征的状态序列以及操作对象之间新增特征的状态序列。进一步地，所述层次(2)中的优化目标用于提供给后续的智能决策模块，决定多机器人的任务分配和调度等策略。进一步地，所述层次(2)中的参考坐标系使用齐次变换矩阵表示相对于世界坐标系的位置姿态变换，即表示产品级子任务的机器人操作对象相对世界坐标的位置，同时也作为产品级子任务中各操作对象位置姿态的参考坐标系。进一步地，所述层次(2)中对变化特征的状态序列进行描述时，需要与外部数据库中存储的操作对象的初始状态进行对比，找出发生变化的特征并进行表示。进一步地，所述层次(3)的各产品级子任务各个变化特征中属性变化的特征具体包括机器人操作对象的形状尺寸、位置姿态、公差等。进一步地，所述层次(3)的各产品级子任务各个变化特征中新增特征包括装配约束、焊缝特征等。所述层次(3)的各产品级子任务各个变化特征中的状态序列，若其包含的状态个数为1时，此时该状态为目标状态，不对操作对象的中间状态作要求；若其包含的状态个数大于1，则该状态序列最后一个状态为目标状态，其他的状态为要求操作对象依次达到的中间状态。所述一种多机器人协同作业任务的描述方法，为了能够以计算机易于识别的形式表示其层次结构，使用可扩展标记语言(ExtensibleMarkupLanguage,XML)进行表达，其形式如下所示：<总目标任务><产品级任务1><优先级>优先级值</优先级><变化特征><操作对象1><状态序列><特征1>状态序列</特征1><特征2>状态序列</特征2>……<特征n>状态序列</特征n></状态序列></操作对象1><操作对象2>……</操作对象2>……<操作对象n>……</操作对象n><新增特征1>状态序列</新增特征1><新增特征2>……</新增特征2>……<新增特征n>……</新增特征n></变化特征><优化目标>目标函数</优化目标><参考坐标系>参考坐标系</参考坐标系></产品级任务1><产品级任务2>……</产品级任务2>……<产品级任务n>……</产品级任务n></总目标任务>所述层次(2)的利用优先级确定不同子任务的某一子动作占用同一机器人作业单元时的处理策略，这一过程交由后续的智能决策模块完成。所述层次(2)中的优化目标，通常包括最小化完工时间、最小化生产成本等优化目标。所述层次(2)中的产品级子任务操作对象的参考坐标系的状态，记为其中，表示产品级子任务操作对象的参考坐标系相对于世界坐标系的姿态，表示产品级子任务操作对象的参考坐标系相对于世界坐标系的位置。所述层次(3)的机器人操作对象的形状尺寸使用有向图这一数据结构进行表示，记为G＝(V,E)，其中V表示顶点集，E表示边集。每个顶点代表一个形状特征，使用XML记录形状的类别及其相应的各个特征尺寸；对于相邻的形状特征，则使用边连接其对应的两个节点，并使用齐次变换矩阵记录这两个特征的相对位置和姿态关系。所述层次(3)中的用于表示机器人操作对象形状尺寸的有向图，使用邻接矩阵A＝[aij](aij＝0,1)表示各个特征对应的顶点间连接关系。其中，aij＝0表示顶点i和j不存在连接关系，aij＝1表示存在顶点i指向顶点j的边。所述层次(3)中的用于表示机器人操作对象形状尺寸的有向图，当aij＝1时，使用齐次变换矩阵表示从特征i到特征j的位置和姿态变换关系，即特征j相对特征i的位置和姿态。其中，表示从特征i到特征j的姿态旋转变换矩阵，表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多机器人协同作业任务的描述方法，其特征在于，分为三个层次对总目标任务进行描述，包括：（1）描述组成总目标任务的各产品级子任务；（2）描述各产品级子任务的优先级、变化特征的状态序列、优化目标及参考坐标系；（3）描述各产品级子任务各个变化特征的状态序列。

【技术特征摘要】
1.一种多机器人协同作业任务的描述方法，其特征在于，分为三个层次对总目标任务进行描述，包括：（1）描述组成总目标任务的各产品级子任务；（2）描述各产品级子任务的优先级、变化特征的状态序列、优化目标及参考坐标系；（3）描述各产品级子任务各个变化特征的状态序列。2.根据权利要求1所述的多机器人协同作业任务的描述方法，其特征在于，所述层次（1）中产品级子任务表示的是机器人操作对象的状态，且不包括机器人的子动作描述。3.根据权利要求1所述的多机器人协同作业任务的描述方法，其特征在于，所述层次（2）中优先级用于确定不同子任务的某一子动作占用同一机器人作业单元时的处理策略，对于优先级较高的子任务，则其子动作优先占用该机器人作业单元；对于优先级别较低的，则需在优先级较高的子任务的相应子动作完成后，方可占用该机器人作业单元。4.根据权利要求1所述的多机器人协同作业任务的描述方法，其特征在于，所述层次（2）中的变化特征的状态序列包括操作对象属性变化的特征的状态序列以及操作对象之间新增特征的状态序列。5.根据权利要求1所述的多机器人协同作业任务的描述方法，其特征在于，所述层次（2）中的优化目标包括最小化完工时间、最小化生产成本，用于提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟敬梅，郭培森，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44