一种基于任务分级时序优化的水下无人艇-双机械臂协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种面向水下作业的水下无人艇‑双机械臂协同运动规划方法及其应用。本发明专利技术将水下双机械臂的控制与基于任务分级时序优化的规划方法相结合，将水下机器人需要执行的动作细分为若干任务，并对其执行顺序合理地进行优化划分，以减少机械臂运动对水下无人艇造成的动力学扰动，令水下无人艇运行更平稳。本控制方法将保持无人艇悬停高度、避障等任务设置为高优先级，尽可能保障了设备的安全。本发明专利技术解决了水下无人艇‑双臂机械手操控困难的问题，实现了水下双臂机械手自主安全作业及水下无人艇‑双臂机械手所构成的整体作业平台位姿平稳运行的目的，为提升水下作业能力创造了安全、平稳的平台技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于任务分级时序优化的水下无人艇-双机械臂协同控制方法
本专利技术属于机械臂运动规划领域，更具体地，涉及一种基于任务分级时序优化的水下机器人-双机械臂协同控制方法。
技术介绍
随着对海洋开发的重视程度提高，各种新型海洋勘探技术应运而生，其中，水下机械手在深海科学考察、海底沉积物取样、水下维护等水下作业中的应用日益广泛。载人潜水器(MSV)和遥控潜水器(ROV)通常配备水下机械手，这些机械手由潜水器内人员直接操控或通过电缆远程操控。随着水下科考、水下维修、海底探缆等水下技术的发展，双机械臂对于水下机器人的重要性也在逐步提升。水下无人艇-双臂机械手构成的水下自主作业系统具有以下优点：首先，双机械臂的承载能力更高，能抓取并运输质量更大的目标物；其次，双机械臂可完成单机械臂无法完成的任务，例如一只机械手通过抓取锚定，固定机器人基座，另一手完成作业，或者一只手对目标进行抓取或固定，另一只手对抓取的目标进行维修、取样等其他操作，提高作业效率和作业能力；最后，双机械臂对抓取目标物的形状适应性更强，可通过双手环抱的方式完成对球体或其他不规则物体的抓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于任务分级时序优化的水下无人艇-双机械臂协同规划及控制方法，其特征在于：采取任务优先分级时序优化方法，减小水下水下无人艇-双机械臂系统的水下作业控制难度，保障任务安全执行；充分利用双机械臂的对称性优势，通过对双臂水下机器人的抓取动作进行合理的任务优先规划和对偶运动规划，不仅可以控制双机械臂完成水下作业任务，还可以智能干预双机械臂的关节构型以及展开过程，以增加水下无人艇-双机械臂协同工作系统的协调性，达到减少机械臂运动对水下机器人母艇产生的动力学扰动目的，为水下无人艇-双机械臂平台的精确作业创造先决条件，具体实施方法为：对水下双机械臂机器人的抓取动作进行如下任务细分，并对其执行顺序进行...

【技术特征摘要】
1.一种基于任务分级时序优化的水下无人艇-双机械臂协同规划及控制方法，其特征在于：采取任务优先分级时序优化方法，减小水下水下无人艇-双机械臂系统的水下作业控制难度，保障任务安全执行；充分利用双机械臂的对称性优势，通过对双臂水下机器人的抓取动作进行合理的任务优先规划和对偶运动规划，不仅可以控制双机械臂完成水下作业任务，还可以智能干预双机械臂的关节构型以及展开过程，以增加水下无人艇-双机械臂协同工作系统的协调性，达到减少机械臂运动对水下机器人母艇产生的动力学扰动目的，为水下无人艇-双机械臂平台的精确作业创造先决条件，具体实施方法为：对水下双机械臂机器人的抓取动作进行如下任务细分，并对其执行顺序进行优化划分，序号代表任务执行顺序：
(1)保持水下机器人与水底的距离大于最低高度h0；
(2)无人艇艇身与机械臂的避障，保持无人艇和机械臂与障碍物的距离大于安全距离l0；
(3)机械臂关节角度限位，保持关节角在角度限制范围内变化θmin＜θ＜θmax；
(4)保持抓取目标物处于摄像机视野范围中心；
(5)在环境条件允许的情况下，基于单臂任务优先和双臂对偶运动方法，两只机械臂关于无人艇的x0oz0平面对称运动；
(6)双机械臂末端执行器的位置控制；
(7)双机械臂末端执行器的姿态控制；
(8)双机械臂构型的优化；
(9)水下无人艇运动最小化；
(10)双机械臂运动最小化。


2.根据权利要求1所述的一种基于任务分级优化的水下无人艇-双机械臂的控制方法，其特征在于：对任务序列进行如下类别划分：类别1：任务(1)～(3)对应物理约束与安全控制目标，类别2：任务(4)是机械臂能够抓取目标物的先决条件，类别3：任务(5)～(7)对应核心抓取任务，类别4：任务(8)～(10)对应控制优化目标。


3.根据权利要求2所述的一种基于任务分级优化的水下无人艇-双机械臂的控制方法，其特征在于：为运动规划系统设置任务分级时序优化函数TaskPriority，本发明主要针对上述第1至第3类任务进行优先级规划，TaskPriority的取值范围为{1，2，3}，当TaskPriority取值为i时，执行第i类任务。


4.根据权利要求3所述的一种基于任务分级优化的水下无人艇-双机械臂的控制方法，其特征在于：分别计算上述第一至第三类任务的优先度：
P1＝min{h-h0，l-l0，θ-θmin，θmax-θ}
P2＝k2·D
P3＝k3·(|pc-pg|+|φc-φg|+|θc-θg|+|ψc-ψg|)
其中，Pi表示第i类任务的优先度(i＝1，2，3)，kj表示第j类任务的优先级系数(j＝2，3)，h表示水下机器人与水底当前的距离，l表示设备与...

【专利技术属性】
技术研发人员：向先波，熊昕飏，张琴，杨少龙，董东磊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42