[发明专利]一种基于Petri网的多机械臂遥操作系统协同任务规划方法

说明书

本发明涉及一种基于Petri网的多机械臂遥操作系统协同任务规划方法，采用基于Petri网的方法，对多机械臂遥操作系统进行协同任务规划，通过对整个遥操作任务系统进行分层和分模块，依据Petri网理论建立模型，生成控制指令动作。该方法用于多臂机器人遥操作系统的在轨维修、航天器燃料加注和载荷照料等在轨服务任务，以及核电站内部、深海等人类无法触及场所的操控任务。有益效果：1、帮助非专业人员进行多机械臂遥操作系统的协同任务规划。2、提高操作效率、精度和操控安全性。3、根据Petri网生成的操控指令可便捷地进行操控。

技术领域

本发明属于机器人遥操作领域，涉及一种基于Petri网的多机械臂遥操作系统协同任务规划方法。

背景技术

针对多臂机器人遥操作系统的在轨维修、航天器燃料加注和载荷照料等在轨服务任务，以及核电站内部、深海等人类无法触及场所的操控任务，都面临着诸多难题。因为操作单机械臂只能完成旋拧、转移和监视等简单的操控，难以完成复杂大型的任务，此时，需采用多机械臂进行操作，其可单独工作，也可协同工作。多机械臂遥操作系统的主从和协同控制问题是协同任务规划面临的主要问题。多机械臂遥操作系统协同任务规划技术通常是将总体任务划分为一些子任务进行，然后再根据子任务的需求，对多机械臂进行划分，从而满足总体的任务需求。因此，一种基于Petri网的多机械臂遥操作系统协同任务规划方法对遥操作任务规划具有重要的意义。

前期的研究工作表明，以往的单机械臂的任务规划多采用笛卡尔空间规划技术和关节空间规划技术，笛卡尔空间规划是利用时间函数表示出机械臂的速度、加速度和位姿值，通过逆解得到机械臂的关节速度、加速度和关节位移，优点是直观，但是计算量过大，易出现奇异性。关节空间规划计算量小、效率高，适合机械臂末端执行器离开目标需要快速转运阶段，但是各关节的运动与末端执行器的运动之间存在耦合等复杂问题，并不是一一对应的。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于Petri网的多机械臂遥操作系统协同任务规划方法。

技术方案

一种基于Petri网的多机械臂遥操作系统协同任务规划方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用Petri网六元组表达式对多机械臂遥操作系统协同任务规划的操作任务进行描述，所述六元组表达式包括操控对象集、遥操作任务目标集、终端环境及操作约束集、系统变量集、系统变量权重函数和系统变量状态集；

对多机械臂遥操作系统进行任务分层为任务层、动作层和指令层；

操控对象集和遥操作任务目标集划分任务层，终端环境及操作约束集划分动作层，系统变量集、系统变量权重函数和系统变量状态集划分指令层；

所述任务层包括：任务规划主进程、数据分析子进程、任务调度子进程、任务分配子进程、轨迹规划子进程；动作层包括捕获、转移、放置和回撤动作；指令层包括任务命令、动作命令和执行命令。任务分层还包含相应的任务模块：任务规划模块、数据分析模块、任务调度模块、任务分配模块和轨迹规划模块

步骤2：根据不同的机械臂、操控任务和进程阶段，划分为单操作者独立操作单机械臂工作模式、多操作者独立操作多机械臂工作模式和多操作者协同操作多机械臂工作模式：

当操作任务为由一个点移动到另一个点时，按照指令式的方式直接对操作目标进行操控，采用单操作者独立操作单机械臂工作模式；

当各机械臂之间操作任务区域没有重叠，且各机械臂操作相对独立，操作区间划分产生的碰撞、负载和相对位置带来的约束数目小于10时，采用多操作者独立操作多机械臂工作模式，控制方法和多个单操作者操作单机械臂是相同的，即单独发送控制指令给相应的机械臂；