一种机器人最优路径规划调度系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种机器人最优路径规划调度系统及方法，其方法包括步骤：S1、通过摄像头采集当前待采集检测的目标节点和当前机械臂的状态节点的三维坐标参数；S2、通过快速扩展树算法遍历当前机械臂的状态节点到目标节点的所有路径；S3、计算所有路径中各个单一路径的时间数值；S4、将时间数值逐一输入冒泡程序中，获取最短时间数据值；S7、判断多个最短时间数据值中机械臂运转最短路径输出为机械臂所需运行最优路径；S8、机械臂接收当前机械臂的状态节点到目标节点的最优路径，并控制相应关节依次执行最优路径的运行参数。本发明专利技术实现单一机械臂动态避障路径规划无法实现多个机械臂工作对应的多个目标节点的路径规划的作用。工作对应的多个目标节点的路径规划的作用。工作对应的多个目标节点的路径规划的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人最优路径规划调度系统及方法


[0001]本专利技术属于机器人
，具体来说，涉及一种机器人最优路径规划调度系统及方法。

技术介绍

[0002]生物样本检测过程中，对采集的样本溶液需要进行稀释后再逐一检测，该过程需要机械臂的配合，减少人工检测不安全性和失准的情况产生。机械壁通常以转动、伸缩和摆动到达指定坐标点位的整个运动过程。
[0003]在专利号为CN201811398581.3的中国专利技术专利中，公开了一种基于快速随机搜索树的七自由度冗余机械臂动态避障路径规划方法，包括以下步骤：步骤一：根据目标点的位置，利用冗余机械臂逆运动学的解析解法确定机械臂的最优目标状态；步骤二：以最优目标状态为目标节点，在关节空间构建搜索树，规划一条无碰路径；步骤三：从步骤二规划好的路径中选取前k个节点作为当前路径输入给机械臂，然后将第k个节点更新为根节点；步骤四：根据障碍物的位置变化，实时更新环境地图，并对搜索树重新布线；步骤五：若关节空间上的目标节点被障碍物遮挡，则重新计算当前环境下的最优目标状态作为新的目标节点。利用解析解求解机械臂逆运动学然后通过优化目标函数确定目标节点的方法，避免了冗余机械臂目标状态不确定性的问题；将规划过程分为离线规划和在线规划两个过程，解决了因随机搜索计算复杂度过高导致无法用于冗余机械臂实时避障的问题；在线规划阶段，利用搜索树的扩展和重新布线达到避开动态障碍物的目的，当原目标节点被动态障碍物遮挡导致目标不可达时，能够切换目标节点重新搜索一条新的路径。
[0004]现有专利的缺陷在于，上述方法实现了单一的机械臂动态避障路径规划，但对于多样本检测流程需要考虑避障路径规划的同时，流水线的多样本检测还需要考虑采集机械臂到达目标节点的运行时间成本。现有技术中，缺乏对多个机械臂和多目标节点的最优时间的路径规划调度方法。

技术实现思路

[0005]针对现有机械臂动态避障路径规划方案中缺乏对多个机械臂和多目标节点的最优时间的路径规划调度方法的问题，本专利技术提供了一种机器人最优路径规划调度系统及方法。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种机器人最优路径规划调度系统，包括样本坐标采集模块、机械臂初始状态采集模块、限制屏障采集模块、路径遍历模块、路径动作次数计算模块、路径时间数值计算模块、判断最短时间的路径模块、最优路径存储模块和最优路径执行模块；
[0008]样本坐标采集模块，通过摄像头采集当前机械臂所需采集检测的目标节点位置；该动作的实现，可以通过接近传感器采集是否有待检测的存放样本坐标的试管或者其它器皿落入检测口，再通过摄像头采集待检测口内是否有试管或者其它器皿进一步验证，待检
测口的坐标是初始化预设的，只要接近传感器判断出为多少号检测口，即可调用数据库中该检测口的坐标，即可获得所需采集检测的目标节点位置坐标参数；若为多个机械臂采集一一对应的多个所需采集检测的目标节点位置时，只需每个机械臂对应离当前机械臂的状态节点的三维坐标最近的待采集检测的目标节点即可。
[0009]机械臂初始状态采集模块，通过摄像头采集机械臂的状态节点三维坐标参数；该过程的实现，同样采用水平设置的接近传感器或位置传感器检测机械臂最前端的样本采集点，然后通过电感式传感器检测摄像头是否通电，进一步确保机械臂处于初始未通电收紧状态；最后通过摄像头采集的图像验证摄像头处于初始未动作状态，节点三维坐标参数统一为初始原点坐标参数。
[0010]限制屏障采集模块，用于采集当前机械臂的运行屏障节点的三维坐标参数，作为路径遍历的限制遍历节点三维坐标；若有两个机械臂，则两个机械臂的中轴平面即为两个机械臂的限制遍历节点三维平面；通过设置机械臂遍历过程中的限制遍历节点三维坐标，不仅避免了机械臂运行过程中相互碰撞的可能性，还降低了路径遍历的运算复杂度和数据量。
[0011]路径遍历模块，采用快速扩展树算法遍历当前机械臂前端所有可接触的节点坐标以及路径，并将所有可接触的节点坐标及路径传输至路径动作次数计算模块；
[0012]路径动作次数计算模块，对每条单一路径的机械臂前端所有可接触的节点坐标分解，得到机械臂完成整个路径时所有关节的动作(转动、伸缩和摆动)次数；
[0013]路径时间数值计算模块，通过分解得到的每个关节的动作次数乘以完成该动作机械臂所需的平均时间，再对所有动作的时间求和，得到单一路径的运转总时间数据值；
[0014]判断最短时间的路径模块，通过冒泡程序判断所有路径中用时最短的路径，作为机械臂运行最优路径；
[0015]最优路径存储模块，用于存储最优路径的机械臂前端所有可接触的节点坐标，每个关节的动作次数和动作的先后顺序；便于最优路径执行模块调用相应数据至机械臂执行；后续机械臂运行中为了防止程序错误产生，可以通过可接触的节点坐标验证每个关节的动作是否完整实现初始遍历出来的最优路径。通过图像识别算法识别机械臂在执行每个动作时，动作的起止时间节点的视频帧图像坐标是否与最优路径的机械臂前端所有可接触的节点坐标一至，若一致则说明该机械臂执行动作过程没有错误产生，若不一致，则发出机械臂执行动作有无命令。
[0016]最优路径执行模块，用于调用最优路径存储模块中机械臂每个关节的动作次数和动作的先后顺序，机械臂依次执行完成。
[0017]进一步地，所述最优路径存储模块还存储有机械臂名称、采集检测的目标节点位置、机械臂的状态节点三维坐标参数、机械臂前端所有可接触的节点坐标、关节的动作次数和单一路径的运转总时间数据值。通过机械臂名称和采集检测的目标节点位置可以快速定位机械臂所处位置；机械臂的状态节点三维坐标参数、机械臂前端所有可接触的节点坐标、关节的动作次数和单一路径的运转总时间数据值可用于相互验证机械臂最优路径规划是否合理。
[0018]进一步地，还包括机械臂运行系统，所述机械臂运行系统包括第一传送机构、第一接近传感器、第二传送机构、第二接近传感器、多个机械臂、生物样本检测口、数值转换器和
终端控制器；
[0019]第一传送机构设置在机械臂正下方，第一传送机构上方设有生物样本检测口第一传送机构正下方设有第一接近传感器；
[0020]第二传送机构纵向设置在机械臂侧面，第二传送机构上设置第二接近传感器；
[0021]数值转换器接收最优路径执行模块数据，将其转换为终端控制器可识别的电信号，终端控制器通过控制线路连接多个机械臂的关节点，并通过电信号控制机械臂的关节点的运动。
[0022]进一步地，机械臂至少包括一个运动单元，运动单元逐一连接的一个转动臂、一个伸缩臂和一个摆动臂；转动臂控制整个机械臂可转动角度大小，伸缩臂连接在转动臂上；摆动臂连接在伸缩臂前端，可围绕连接点多角度摆动。可通过预设的转动臂可转动角度以及每次转动角度数值进一步缩减机械臂的遍历所需总的路径数量，同样的，伸缩臂伸缩长度和摆动臂可摆动角度也可以通过预设达到限制最优路径规划过程中遍历产生的数据冗余量。也起到一定的防止两个机械臂动作时相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人最优路径规划调度系统，其特征在于，包括样本坐标采集模块、机械臂初始状态采集模块、限制屏障采集模块、路径遍历模块、路径动作次数计算模块、路径时间数值计算模块、判断最短时间的路径模块、最优路径存储模块和最优路径执行模块；样本坐标采集模块，通过摄像头采集当前机械臂所需采集检测的目标节点位置；机械臂初始状态采集模块，通过摄像头采集机械臂的状态节点三维坐标参数；限制屏障采集模块，用于采集当前机械臂的运行屏障节点的三维坐标参数，作为路径遍历的限制遍历节点三维坐标；路径遍历模块，采用快速扩展树算法遍历当前机械臂前端所有可接触的节点坐标以及路径，并将所有可接触的节点坐标及路径传输至路径动作次数计算模块；路径动作次数计算模块，对每条单一路径的机械臂前端所有可接触的节点坐标分解，得到机械臂完成整个路径时所有关节的动作次数；路径时间数值计算模块，通过分解得到的每个关节的动作次数乘以完成该动作机械臂所需的平均时间，再对所有动作的时间求和，得到单一路径的运转总时间数据值；判断最短时间的路径模块，通过冒泡程序判断所有路径中用时最短的路径，作为机械臂运行最优路径；最优路径存储模块，用于存储最优路径的机械臂前端所有可接触的节点坐标，每个关节的动作次数和动作的先后顺序；最优路径执行模块，用于调用最优路径存储模块中机械臂每个关节的动作次数和动作的先后顺序，机械臂依次执行完成。2.根据权利要求1所述的一种机器人最优路径规划调度系统，其特征在于，所述最优路径存储模块还存储有机械臂名称、采集检测的目标节点位置、机械臂的状态节点三维坐标参数、机械臂前端所有可接触的节点坐标、关节的动作次数和单一路径的运转总时间数据值。3.根据权利要求2所述的一种机器人最优路径规划调度系统，其特征在于，还包括机械臂运行系统，所述机械臂运行系统包括第一传送机构、第一接近传感器、第二传送机构、第二接近传感器、多个机械臂、生物样本检测口、数值转换器和终端控制器；第一传送机构设置在机械臂正下方，第一传送机构上方设有生物样本检测口第一传送机构正下方设有第一接近传感器；第二传送机构纵向设置在机械臂侧面，第二传送机构上设置第二接近传感器；数值转换器接收最优路径执行模块数据，将其转换为终端控制器可识别的电信号，终端控制器通过控制线路连接多个机械臂的关节点，并通过电信号控制机械臂的关节点的运动。4.根据权利要求3所述的一种机器人最优路径规划调度系统，其特征在于，机械臂至少包括一个运动单元，运动单元逐一连接的一个转...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志岩，杜卓明，史伟东，
申请(专利权)人：哈尔滨星云智造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：