一种双机械臂的行为决策方法、设备及存储设备技术

本申请提供了一种双机械臂的行为决策方法、设备及存储设备，其方法包括：根据人类手臂特征，构建双臂机械模型，根据所述双臂机械模型，确定机械臂的拟人轨迹映射过程，获取人类双臂的分配决策数据，根据所述分配决策数据以及所述拟人轨迹映射过程，确定所述机械臂的拟人决策结果。通过根据人类手臂特征，构建双机械臂模型；通过对人类手臂的操作选择结果进行归类并对现有的贪心算法进行优化，确定拟人效果更强的机械臂的拟人决策结果，解决了常规的决策算法一般对单次指令下发的流程进行优化，难以有效地优化整体流程以应对复杂多变的行为环境的问题。为环境的问题。为环境的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种双机械臂的行为决策方法、设备及存储设备


[0001]本申请涉及工业机器人领域，尤其涉及一种双机械臂的行为决策方法、设备及存储设备。

技术介绍

[0002]六自由度：六自由度机器人能够满足一般的任务需求；通过六个自由度定义某一个空间任务，即可确定六自由度机器人的位姿等数据信息。
[0003]双机械臂：系统由两个六自由度机械臂构成，扩大了可操作的工作空间。
[0004]工业机器人是21世纪重大高科技成果之一，广泛的应用于各行各业。有关机器人性能的研究大多以提升单个机器臂的装配精度以提高机器人的整体性能。单一机械臂操作通常采用点对点操作方式，通常采用顺位下发指令的方式控制单一的机械臂。在双机械臂系统中，机械臂工作空间存在公共空间，采用顺位下发指令的方式控制两个机械臂会降低整个双机械臂系统的工作效率。
[0005]对于双机械臂系统而言，行为决策是控制双机械臂行为的方式之一。行为决策需要根据运动距离、速度需求以及行动时间等信息，对于当前机械臂的行为环境做出预测判断，对每次的空间任务都给出合理的预测，并由决策算法给出以物理值衡量的控制指令。
[0006]常规的决策算法一般对单次指令下发的流程进行优化，难以有效地优化整体流程以应对复杂多变的行为环境。

技术实现思路

[0007]本申请的目的在于解决常规的决策算法一般对单次指令下发的流程进行优化，难以有效地优化整体流程以应对复杂多变的行为环境的技术问题，提供一种双机械臂的行为决策方法、设备及存储设备。
[0008]本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0009]一种双机械臂的行为决策方法，该方法包括：
[0010]S1：根据人类手臂特征，构建双臂机械模型；
[0011]S2：根据所述双臂机械模型，确定机械臂的拟人轨迹映射过程；
[0012]S3：获取人类双臂的分配决策数据；
[0013]S4：根据所述分配决策数据以及所述拟人轨迹映射过程，确定所述机械臂的拟人决策结果。
[0014]可选的，所述步骤S1包括：
[0015]S11：根据所述人类手臂特征，确定人类手臂特征公式，如下：
[0016]S
H
＝f{(q
E
,l1),(q
w
,l2)}
[0017]其中，q
E
为肘关节相对于肩部坐标系的单位四元数；q
w
为腕关节相对于肩部坐标系的单位四元数；l1为所述人类手臂的肩部中心点到所述人类手臂的肘部中心点的距离；l2为所述人类手臂的肘部中心点到所述人类手臂的腕部中心点的距离；
[0018]S12：根据所述人类手臂的长度和所述机械臂的长度，确定映射函数，如下：
[0019]P
iR
＝KP
iH
[0020]其中，P
iR
为所述人类手臂关节的中心位置；P
iH
为机械臂关节的中心位置；K为比例系数；
[0021]S13：根据所述肩部中心点、所述肘部中心点以及所述腕部中心点，构建人臂三角形；
[0022]S14：根据所述人臂三角形以及余弦定理，确定所述人类手臂的肘关节夹角β
m
，如下：
[0023][0024]其中，l3为所述肩部中心点到所述腕部中心点的距离；
[0025]S15：根据所述人类手臂的肘关节夹角β
m
，确定所述机械臂的肘关节夹角β
r
，如下：
[0026][0027]记所述机械臂的1号关节为所述机械臂的肩部关节中心，所述机械臂的4号关节为所述机械臂的肘部关节中心，所述机械臂的5号关节为所述机械臂的腕部关节中心；
[0028]其中，d1为所述机械臂的1号关节到所述机械臂的4号关节的距离；d2为所述机械臂的4号关节到所述机械臂的5号关节的距离；d3为所述机械臂的1号关节到所述机械臂的5号关节的距离；
[0029]S16：基于所述肩部中心建立坐标系，则所述肘部中心点的参数，如下：
[0030][0031]其中，(X1,Y1,Z1)为所述肘部中心点在球坐标系下的位置坐标参数；为方位角，θ1为天顶角；
[0032]当所述人类手臂的臂姿与所述机械臂的臂姿相同时，所述4号关节在所述1号关节的笛卡尔坐标系的位置(P
x4
,P
y4
,P
z4
)，如下：
[0033][0034]记所述腕部中心点的位置坐标参数为(X2,Y2,Z2)，则所述腕部中心点相对于所述肘部中心点的位置坐标参数为(X2‑
X1,Y2‑
Y1,Z2‑
Z1)，即所述腕部中心点在所述肘部中心点的球坐标系中的参数，如下：
[0035][0036]其中，为方位角，θ2为天顶角；
[0037]当所述人类手臂的臂姿与所述机械臂的臂姿相同时，所述5号关节在所述4号关节的笛卡尔坐标系的位置(P
x5
,P
y5
,P
z5
)，如下：
[0038][0039]S17：根据所述4号关节的位置以及所述5号关节的位置，确定所述1号关节的角度以及所述4号关节的角度，构建所述双臂机械模型。
[0040]可选的，所述步骤S2包括：
[0041]S21：根据位姿矩阵，计算所述机械臂的肩肘结构角度；
[0042]S22：根据人体臂角，确定所述机械臂的轴线旋转角度；
[0043]S23：根据所述肩肘结构角度以及所述轴线旋转角度，确定所述机械臂的拟人轨迹映射过程。
[0044]可选的，所述步骤S4包括：
[0045]S41：根据所述分配决策数据以及所述拟人轨迹映射过程，设计基尼指数，所述基尼指数的表达式如下：
[0046][0047]其中，N为双倍操作总数；P
k
为选取左机械臂的概率或右机械臂的概率，记P1为选左机械臂的概率，记P2为选右机械臂的概率，其中P1＝P2＝0.5；
[0048]S42：获取所述人类手臂的距离数据以及所述人类手臂的操作结果数据；
[0049]S43：根据所述距离数据、所述操作结果数据以及所述基尼指数，确定所述机械臂的拟人决策结果。
[0050]可选的，所述步骤S43包括：
[0051]S43a：记所述距离数据为特征A，记所述距离数据中的人类左臂在工件上的滞留位置从左往右距离扬琴中轴线(琴码第四列)的距离为d1，则从所述工件最左侧的第七列计算，有d1＝3,2,1,0,
‑
1,
‑
2，记所述距离数据中的人类右臂在所述工件上的滞留位置从右往左距离所述扬琴中轴线(琴码第四列)的距离为d2，则从所述工件最左侧的第七列计算，有d2＝
‑
3,
‑
2,
‑
1,0,1,2；
[0052]S43b：在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双机械臂的行为决策方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：根据人类手臂特征，构建双臂机械模型；S2：根据所述双臂机械模型，确定机械臂的拟人轨迹映射过程；S3：获取人类双臂的分配决策数据；S4：根据所述分配决策数据以及所述拟人轨迹映射过程，确定所述机械臂的拟人决策结果。2.如权利要求1所述的一种双机械臂的行为决策方法，其特征在于：所述步骤S1包括：S11：根据所述人类手臂特征，确定人类手臂特征公式，如下：S
H
＝f{(q
E
,l1),(q
w
,l2)}其中，q
E
为肘关节相对于肩部坐标系的单位四元数；q
w
为腕关节相对于肩部坐标系的单位四元数；l1为所述人类手臂的肩部中心点到所述人类手臂的肘部中心点的距离；l2为所述人类手臂的肘部中心点到所述人类手臂的腕部中心点的距离；S12：根据所述人类手臂的长度和所述机械臂的长度，确定映射函数，如下：P
iR
＝KP
iH
其中，P
iR
为所述人类手臂关节的中心位置；P
iH
为机械臂关节的中心位置；K为比例系数；S13：根据所述肩部中心点、所述肘部中心点以及所述腕部中心点，构建人臂三角形；S14：根据所述人臂三角形以及余弦定理，确定所述人类手臂的肘关节夹角β
m
，如下：其中，l3为所述肩部中心点到所述腕部中心点的距离；S15：根据所述人类手臂的肘关节夹角β
m
，确定所述机械臂的肘关节夹角β
r
，如下：记所述机械臂的1号关节为所述机械臂的肩部关节中心，所述机械臂的4号关节为所述机械臂的肘部关节中心，所述机械臂的5号关节为所述机械臂的腕部关节中心；其中，d1为所述机械臂的1号关节到所述机械臂的4号关节的距离；d2为所述机械臂的4号关节到所述机械臂的5号关节的距离；d3为所述机械臂的1号关节到所述机械臂的5号关节的距离；S16：基于所述肩部中心建立坐标系，则所述肘部中心点的参数，如下：其中，(X1,Y1,Z1)为所述肘部中心点在球坐标系下的位置坐标参数；为方位角，θ1为天顶角；当所述人类手臂的臂姿与所述机械臂的臂姿相同时，所述4号关节在所述1号关节的笛卡尔坐标系的位置(P
x4
,P
y4
,P
z4
)，如下：
记所述腕部中心点的位置坐标参数为(X2,Y2,Z2)，则所述腕部中心点相对于所述肘部中心点的位置坐标参数为(X2‑
X1,Y2‑
Y1,Z2‑
Z1)，即所述腕部中心点在所述肘部中心点的球坐标系中的参数，如下：其中，为方位角，θ2为天顶角；当所述人类手臂的臂姿与所述机械臂的臂姿相同时，所述5号关节在所述4号关节的笛卡尔坐标系的位置(P
x5
,P
y5
,P
z5
)，如下：S17：根据所述4号关节的位置以及所述5号关节的位置，确定所述1号关节的角度以及所述4号关节的角度，构建所述双臂机械模型。3.如权利要求1所述的一种双机械臂的行为决策方法，其特征在于：所述步骤S2包括：S21：根据位姿矩阵，计算所述机械臂的肩肘结构角度；S22：根据人体臂角，确定所述机械臂的轴线旋转角度；S23：根据所述肩肘结构角度以及所述轴线旋转角度，确定所述机械臂的拟人轨迹映射过程。4.如权利要求1所述的一种双机械臂的行为决策方法，其特征在于：所述步骤S4包括：S41：根据所述分配决策数据以及所述拟人轨迹映射过程，设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫，林玮伦，刘明哲，肖哲，余青阳，张丹，鞠传颖，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：