一种使用双机械臂的受限环境柔性线缆操作方法和系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种使用双机械臂的受限环境柔性线缆操作方法和系统，所述方法包括：接收全局规划器发送的全局规划路径，所述全局规划路径是所述全局规划器基于约束双向快速探索随机树方法，根据柔性线缆的初始位形和目标期望位形进行全局规划，得到的全局规划路径；将全局规划路径作为引导路径，通实时反馈闭环控制的方式控制双机械臂运动，直到柔性线缆达到目标期望位形。本发明专利技术实施例中，考虑了实际应用场景中柔性线缆和双机械臂本身之间的可能碰撞并实现避障；有效结合了离线全局规划与局部反馈控制，实现了保障整体路径可靠的同时极大地减小了执行误差；能够直接应用于不同长度、粗细、材质的柔性线缆操作任务。材质的柔性线缆操作任务。材质的柔性线缆操作任务。

【技术实现步骤摘要】
一种使用双机械臂的受限环境柔性线缆操作方法和系统


[0001]本专利技术涉及柔性线缆操作
，特别涉及一种使用双机械臂的受限环境柔性线缆操作方法和系统。

技术介绍

[0002]柔性线缆广泛存在于人类的生产生活中，对柔性线缆的操作场景也十分广泛，例如，工业生产中的线缆装配、日常生活中的打结、医疗手术中的缝线等。对柔性线缆的操作一般指对其位形进行控制，即通过控制机械臂，将柔性线缆操作至期望位形，但柔性线缆的变形大、自由度高、模型未知等特性使机械臂对其进行操作面临种种困难，并且，实际生产生活中的柔性线缆操作往往需要大量人工参与，难以实现自动化、自主化。
[0003]现有技术中，柔性线缆操作方法通常假设了一个理想环境，即机械臂末端可以在空间中自由运动，且不考虑柔性线缆与环境之间、柔性线缆与机械臂之间、机械臂与环境之间、以及柔性线缆本身可能发生的碰撞。但是在实际的操作任务中，一定会有障碍物的存在，且机械臂本身的碰撞也是不能忽略的。因此，现有的柔性线缆操作方法难以直接应用于有障碍物的约束环境实际任务中。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本专利技术实施例提供了一种使用双机械臂的受限环境柔性线缆操作方法和系统，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
[0005]本专利技术实施例的第一方面，公开了一种使用双机械臂的受限环境柔性线缆操作方法，应用于局部控制器，所述方法包括：
[0006]接收全局规划器发送的全局规划路径，所述全局规划路径是所述全局规划器基于约束双向快速探索随机树方法，根据柔性线缆的初始位形和目标期望位形进行全局规划，得到的全局规划路径；
[0007]将所述全局规划路径作为引导路径，通过实时反馈闭环控制的方式控制双机械臂运动，直到所述柔性线缆达到目标期望位形。
[0008]可选地，所述将所述全局规划路径作为引导路径，通过实时反馈闭环控制的方式控制双机械臂运动，直到所述柔性线缆达到目标期望位形，包括：
[0009]将所述全局规划路径中的每个节点作为中间期望位形；
[0010]以所述双机械臂的实时位形和所述柔性线缆的实时位形作为反馈，控制所述双机械臂迭代地沿每个节点移动，直到将所述柔性线缆移动到目标期望位形。
[0011]可选地，所述控制所述双机械臂迭代地沿每个节点移动，直到将所述柔性线缆移动到目标期望位形，包括：
[0012]针对所述全局规划路径中的每个节点，所述局部控制器控制所述双机械臂依次从上一个节点移动到当前节点；
[0013]在所述柔性线缆的实际位形与当前节点的期望位形的距离小于设定阈值的情况
下，控制所述双机械臂移动到下一个节点。
[0014]可选地，所述局部控制器通过以下方式控制所述双机械臂移动到下一个节点：
[0015]根据引导柔性线缆向下一个节点的柔性线缆期望位形移动的吸引势场、双机械臂向下一个节点的双机械臂期望位形的吸引势场、柔性线缆的空间排斥势场、双机械臂的空间排斥势场，构建控制代价模型；
[0016]对所述控制代价模型进行求解，得到局部控制最优解，将所述局部最优解作为所述双机械臂的控制输入，以控制所述双机械臂移动到下一个节点。
[0017]可选地，所述方法还包括：
[0018]在所述柔性线缆未达到目标期望位形，但所述局部控制器输入接近零的情况下，向所述全局规划器发送重新规划请求，以使全局规划器根据柔性线缆的当前位形和目标期望位形进行全局规划，得到新的全局规划路径；
[0019]接收所述全局规划器发送的新的全局规划路径，并将所述新的全局规划路径作为引导路径，通实时反馈闭环控制的方式控制双机械臂运动，直到所述柔性线缆达到目标期望位形。
[0020]本专利技术实施例的第二方面，公开了一种使用双机械臂的受限环境柔性线缆操作方法，应用于全局规划器，所述方法包括：
[0021]基于约束双向快速探索随机树方法，根据柔性线缆的初始位形和目标期望位形进行全局规划，得到全局规划路径，所述全局规划路径由多个节点组成；
[0022]将所述全局规划路径发送至局部控制器，以使所述局部控制器将所述全局规划路径作为引导路径，通实时反馈闭环控制的方式控制双机械臂运动，直到所述柔性线缆达到目标期望位形。
[0023]可选地，所述基于约束双向快速探索随机树方法，根据柔性线缆的初始位形和目标期望位形进行全局规划，得到全局规划路径，包括：
[0024]两棵随机树分别从开始节点和目标节点出发，向彼此迭代生长，直到所述两棵随机树相连时停止迭代生长，其中，所述两棵随机树上的每个节点包括：柔性线缆的位形和双机械臂的位形；
[0025]从所述两棵随机树中提取出从所述开始节点到所述目标节点的路径，并对所述路径进行平滑处理，得到全局规划路径。
[0026]可选地，所述两棵随机树分别从开始节点和目标节点出发，向彼此迭代生长，直到所述两棵随机树相连时停止迭代生长，包括：
[0027]针对每次迭代，通过随机采样得到随机采样节点；
[0028]从第一棵随机树中找出离所述随机采样节点最近的第一节点，由所述第一节点向所述随机采样节点扩展生长，得到所述第一棵随机树扩展节点，并从所述第二棵随机树中找出离所述第一棵随机树扩展节点最近的第二节点，由所述第二节点向所述第一棵随机树扩展节点方向扩展生长，得到所述第二棵随机树扩展节点，并判断所述第一棵随机树扩展节点与所述第二棵随机树扩展节点之间是否能够相连；
[0029]在相连的情况下，结束迭代生长；
[0030]在不相连的情况下，从所述第二棵随机树开始进行下一次的迭代生长。
[0031]可选地，随机树中的节点通过以下方式实现扩展生长：
[0032]将上一次迭代生长到达的柔性线缆位形向目标扩展位形的方向进行插值，得到新的柔性线缆位形，所述上一次迭代生长到达的柔性线缆位形是指所述第一节点或所述第二节点对应的柔性线缆位形，所述目标扩展位形是指所述随机采样点或所述第一棵随机树扩展节点对应的柔性线缆位形；
[0033]基于势能的投影方法将所述新的柔性线缆位形投影成一个稳定的柔性线缆位形；
[0034]利用机械臂逆运动学求解所述柔性线缆在所述稳定的柔性线缆位形的末端位姿对应的双机械臂的位形，所述双机械臂的位形表征双机械臂的关节角；
[0035]在逆运动学求解成功且碰撞检测结果为无碰撞的情况下，基于所述稳定的柔性线缆位形和所述双机械臂的位形生成随机树的扩展节点，所述随机树的扩展节点包括：第一棵随机树扩展节点和第二棵随机树扩展节点。
[0036]可选地，所述方法还包括：
[0037]接收并响应于所述局部控制器发送的重新规划请求，根据柔性线缆的当前位形和目标期望位形进行全局规划，得到新的全局规划路径；
[0038]将所述新的全局规划路径发送至所述局部控制器，以使所述局部控制器将所述新的全局规划路径作为引导路径，通实时反馈闭环控制的方式控制双机械臂运动，直到所述柔性线缆达到目标期望位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用双机械臂的受限环境柔性线缆操作方法，其特征在于，应用于局部控制器，所述方法包括：接收全局规划器发送的全局规划路径，所述全局规划路径是所述全局规划器基于约束双向快速探索随机树方法，根据柔性线缆的初始位形和目标期望位形进行全局规划，得到的全局规划路径；将所述全局规划路径作为引导路径，通过实时反馈闭环控制的方式控制双机械臂运动，直到所述柔性线缆达到目标期望位形。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述全局规划路径作为引导路径，通过实时反馈闭环控制的方式控制双机械臂运动，直到所述柔性线缆达到目标期望位形，包括：将所述全局规划路径中的每个节点作为中间期望位形；以所述双机械臂的实时位形和所述柔性线缆的实时位形作为反馈，控制所述双机械臂迭代地沿每个节点移动，直到将所述柔性线缆移动到目标期望位形。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制所述双机械臂迭代地沿每个节点移动，直到将所述柔性线缆移动到目标期望位形，包括：针对所述全局规划路径中的每个节点，所述局部控制器控制所述双机械臂依次从上一个节点移动到当前节点；在所述柔性线缆的实际位形与当前节点的期望位形的距离小于设定阈值的情况下，控制所述双机械臂移动到下一个节点。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述局部控制器通过以下方式控制所述双机械臂移动到下一个节点：根据引导柔性线缆向下一个节点的柔性线缆期望位形移动的吸引势场、双机械臂向下一个节点的双机械臂期望位形的吸引势场、柔性线缆的空间排斥势场、双机械臂的空间排斥势场，构建控制代价模型；对所述控制代价模型进行求解，得到局部控制最优解，将所述局部最优解作为所述双机械臂的控制输入，以控制所述双机械臂移动到下一个节点。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述柔性线缆未达到目标期望位形，但所述局部控制器输入接近零的情况下，向所述全局规划器发送重新规划请求，以使全局规划器根据柔性线缆的当前位形和目标期望位形进行全局规划，得到新的全局规划路径；接收所述全局规划器发送的新的全局规划路径，并将所述新的全局规划路径作为引导路径，通过实时反馈闭环控制的方式控制双机械臂运动，直到所述柔性线缆达到目标期望位形。6.一种使用双机械臂的受限环境柔性线缆操作方法，其特征在于，应用于全局规划器，所述方法包括：基于约束双向快速探索随机树方法，根据柔性线缆的初始位形和目标期望位形进行全局规划，得到全局规划路径，所述全局规划路径由多个节点组成；将所述全局规划路径发送至局部控制器，以使所述局部控制器将所述全局规划路径作为引导路径，通实时反馈闭环控制的方式控制双机械臂运动，直到所述柔性线缆达到目标
期望位形。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于约束双向快速探索随机树方法，根据柔性线缆的初始位形和目标期望位形进行全局规划，得到全局规划路径，包括：两棵随机树分别从开始节点和目标节点出发，向彼此迭代生长，直到所述两棵随机树相连时停止迭代生长，其中，所述两棵随机树上的每个节点包括：柔性线缆的位形和双机械臂的位形；从所述两棵随机树中提取出从所述开始节点到所述目标节点的路径，并对所述路径进行平滑处理，得到全局规划路径。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述两棵随机树分别从开始节点和目标节点出发，向彼此迭代生长，直到所述两棵随机树相连时停止迭代生长，包括：针对每次迭代，通过随机采样得到随机采样节点；从第一棵随机树...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翔，于铭瑞，吕康晨，宋士吉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：