[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于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；当各机械臂之间操作任务区域有重叠，且操作环境、操控任务集约束数目大于10时，采用多操作者协同操作多机械臂工作模式；步骤3、多机械臂遥操作系统协同遥操作任务阶段划分：根据任务层中的任务规划进程和任务规划模块，生成遥操作子任务序列，根据遥操作任务的执行时间顺序，将遥操作子任务序列分为捕获操作、转移操作、放置操作和回撤操作四类操作；所述捕获操作分为跟踪目标物和靠近抓取目标物两部分，跟踪目标物根据环境信息选择相应的任务点和路径方式；靠近抓取目标物根据坐标数据指令选择相应路径；所述转移操作用于任务操作的运送功能，根据六元组中的终端环境及操作约束集，选取转移操作的任务点和路径规划方式，实现转移操作任务；所述放置操作是机械臂每次利用工具执行任务或者搬运目标物所需的环节，分为靠近并释放目标与撤离安全距离两部分，根据六元组中的系统变量集、系统变量权重函数和系统变量状态集，以及环境信息，选取放置操作的任务点和路径规划方式，实现放置操作任务；所述回撤操作用于机械臂在执行完某项任务后，需要回到其初始工作状态的操作任务，根据六元组中的操控对象集和遥操作任务目标集，为其后续任务执行做准备；步骤4：依据步骤1的数学描述，步骤2的工作模式的选择，步骤3操作方式的分类，采用Petri网对多机械臂遥操作系统协同任务建立Petri网模型，并对建立的Petri网模型进行任务仿真，生成相应的动作指令，生成协同任务规划步骤。