本發(fā)明涉及機(jī)器人控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、目前在魔方結(jié)算的方法上一般都是在計(jì)算出魔方還原步驟后，直接依次序進(jìn)行機(jī)械動(dòng)作和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，其中所做的優(yōu)化處理也都是針對(duì)現(xiàn)有的魔方還原步驟而并未優(yōu)化魔方還原步驟的搜索過(guò)程，這種方式雖能實(shí)現(xiàn)魔方復(fù)原任務(wù)，但會(huì)導(dǎo)致機(jī)械步驟較多，沒(méi)有從全局的角度和搜索魔方還原步驟序列的角度考慮機(jī)械步驟的尋優(yōu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種用于魔方復(fù)原的雙臂四指結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制方法，該方法可以有效解決基于各類雙臂四指結(jié)構(gòu)機(jī)器人的魔方復(fù)原步驟優(yōu)化問(wèn)題，從而充分挖掘機(jī)構(gòu)的潛力，使其快速、穩(wěn)定地完成魔方復(fù)原任務(wù)。

2、本發(fā)明技術(shù)方案為一種基于雙臂四指解魔方機(jī)器人控制方法，該方法的具體步驟包括：

3、步驟1：概念界定與步驟劃分；

4、在魔方還原任務(wù)中，魔方包括6個(gè)面，分別為：上面即u面、下面即d面、右面即r面、左面即l面、前面即f面、后面即b面；為優(yōu)化執(zhí)行流程，將還原步驟細(xì)化為三個(gè)階段：調(diào)整階段即調(diào)整目標(biāo)操作面至可操作位置、執(zhí)行階段即實(shí)際執(zhí)行轉(zhuǎn)動(dòng)操作、復(fù)位階段即機(jī)械臂回歸初始狀態(tài)，旨在避免機(jī)械碰撞并確保操作連貫性；

5、步驟2：使用搜索算法根據(jù)魔方的初始狀態(tài)計(jì)算出所有可能的魔方還原步驟序列；每當(dāng)計(jì)算一條復(fù)原路徑時(shí)，首先整合該條復(fù)原路徑相鄰的復(fù)位階段與調(diào)整階段；旨在減少不必要的機(jī)械動(dòng)作，優(yōu)化整體執(zhí)行效率；

6、步驟3：基于魔方結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，識(shí)別并利用可互換順序而不影響最終還原結(jié)果的對(duì)稱面操作對(duì)，每次互換產(chǎn)生新的復(fù)原路徑，通過(guò)窮舉法探索所有可能的復(fù)原路徑組合，復(fù)原路徑組合包括原復(fù)原路徑和新產(chǎn)生的復(fù)原路徑；

7、步驟4：針對(duì)每條復(fù)原路徑，當(dāng)該條復(fù)原路徑中包括對(duì)r面或l面進(jìn)行操作時(shí)，產(chǎn)生兩條新的復(fù)原路徑，分別為將r面或l面旋轉(zhuǎn)至d面或?qū)面或l面旋轉(zhuǎn)至b面，此時(shí)也產(chǎn)生新的復(fù)原路徑；對(duì)于每種調(diào)整方案，采用遞歸地調(diào)用優(yōu)化算法來(lái)處理剩余的操作序列，即采用步驟2的方法將當(dāng)前步驟的復(fù)位階段與后續(xù)步驟的調(diào)整階段整合，以減少不必要的機(jī)械動(dòng)作；在遞歸優(yōu)化完成后，比較兩種調(diào)整方案轉(zhuǎn)換后的機(jī)械步驟數(shù)，選擇其中步驟數(shù)更少的方案作為當(dāng)前步驟的最優(yōu)選擇；

8、步驟5：采用步驟2到步驟4的方法計(jì)算出所有的最優(yōu)路徑，比較所有復(fù)原路徑的總機(jī)械步驟數(shù)；選擇步驟數(shù)最少的那條路徑作為最終的最優(yōu)復(fù)原路徑；

9、步驟6：將得到的最優(yōu)復(fù)原路徑下發(fā)到控制器，控制器進(jìn)行指令解析后對(duì)動(dòng)力單元進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂和機(jī)械指的動(dòng)作。

10、進(jìn)一步的，所述步驟1中鑒于機(jī)器人操作后魔方各面坐標(biāo)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化特性，需實(shí)施坐標(biāo)變換以維持操作準(zhǔn)確性；鑒于機(jī)械臂單次操作僅限于影響兩個(gè)特定面，定義為“機(jī)器手臂操作面”；而待轉(zhuǎn)動(dòng)的面則為“目標(biāo)操作面”；當(dāng)雙機(jī)械臂均穩(wěn)固夾持操作面時(shí)，視為“初始狀態(tài)”。

11、進(jìn)一步的，所述步驟2中，如果復(fù)位階段與調(diào)整階段機(jī)械手臂為相同位置，則將這兩個(gè)階段整合在一起。

12、進(jìn)一步的，所述步驟3和步驟4中都會(huì)產(chǎn)生新的路徑，當(dāng)產(chǎn)生新的路徑時(shí)，首先采用剪枝函數(shù)來(lái)計(jì)算出當(dāng)前新路徑的機(jī)械成本，若該機(jī)械成本大于閾值，則直接刪除該路徑，后續(xù)不對(duì)該路徑進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，從新選擇其他路徑進(jìn)行計(jì)算。

13、進(jìn)一步的，所述剪枝函數(shù)的構(gòu)建方法為：

14、s1：生成樣本：首先，隨機(jī)生成或選擇十種以上的不同魔方還原步驟序列作為樣本；

15、s2：采用步驟2到步驟5的方法優(yōu)化對(duì)步驟s1中每個(gè)樣本進(jìn)行優(yōu)化，在執(zhí)行步驟2到步驟5的方法中，當(dāng)新增加復(fù)原路徑時(shí)，記錄每個(gè)新復(fù)原路徑和舊復(fù)原路徑的最小機(jī)械成本，機(jī)械成本為機(jī)械臂的所有必要的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)操作；

16、s3：以魔方還原步驟數(shù)為自變量，當(dāng)前的機(jī)械最小成本為因變量，給每種序列建立一個(gè)線性函數(shù)；這些線性函數(shù)表示出隨著步驟數(shù)增加，機(jī)械成本如何變化的趨勢(shì)；

17、s4：數(shù)據(jù)處理：對(duì)各種序列產(chǎn)生的線性函數(shù)的斜率和截距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理；首先，識(shí)別并剔除異常值，然后計(jì)算剩余斜率和截距的平均值；

18、s6：使用剩余斜率和截距的平均值定義一個(gè)通用的線性剪枝函數(shù)；這個(gè)線性剪枝函數(shù)在搜索過(guò)程中被用來(lái)預(yù)測(cè)并評(píng)估任意給定步驟數(shù)的魔方還原序列的機(jī)械成本。

19、本發(fā)明方法能夠解決雙臂四指結(jié)構(gòu)機(jī)器人在魔方復(fù)原任務(wù)中的機(jī)械動(dòng)作復(fù)原的步驟優(yōu)化問(wèn)題，本方法能夠允許機(jī)器人對(duì)任意打亂狀態(tài)的魔方進(jìn)行機(jī)械動(dòng)作復(fù)原任務(wù)。在完成任務(wù)時(shí)，首先定義關(guān)鍵操作面與操作階段，隨后構(gòu)建從魔方還原步驟到機(jī)械執(zhí)行步驟的轉(zhuǎn)換邏輯，通過(guò)整合相鄰步驟的復(fù)位與調(diào)整階段、利用對(duì)稱面變換和執(zhí)行策略的選擇來(lái)探索最優(yōu)復(fù)原路徑。接著，引入剪枝函數(shù)，基于歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)步驟成本，減少搜索空間復(fù)雜度。最終，將優(yōu)化函數(shù)集成至搜索算法中，尋找機(jī)械步驟數(shù)最少的還原序列，并由控制器精確執(zhí)行，以高效、精準(zhǔn)地完成魔方復(fù)原任務(wù)。

技術(shù)特征：

1.一種基于雙臂四指解魔方機(jī)器人控制方法，該方法的具體步驟包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于雙臂四指解魔方機(jī)器人控制方法，其特征在于，所述步驟1中鑒于機(jī)器人操作后魔方各面坐標(biāo)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化特性，需實(shí)施坐標(biāo)變換以維持操作準(zhǔn)確性；鑒于機(jī)械臂單次操作僅限于影響兩個(gè)特定面，定義為“機(jī)器手臂操作面”；而待轉(zhuǎn)動(dòng)的面則為“目標(biāo)操作面”；當(dāng)雙機(jī)械臂均穩(wěn)固夾持操作面時(shí)，視為“初始狀態(tài)”。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于雙臂四指解魔方機(jī)器人控制方法，其特征在于，所述步驟2中，如果復(fù)位階段與調(diào)整階段機(jī)械手臂為相同位置，則將這兩個(gè)階段整合在一起。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于雙臂四指解魔方機(jī)器人控制方法，其特征在于，所述步驟3和步驟4中都會(huì)產(chǎn)生新的路徑，當(dāng)產(chǎn)生新的路徑時(shí)，首先采用剪枝函數(shù)來(lái)計(jì)算出當(dāng)前新路徑的機(jī)械成本，若該機(jī)械成本大于閾值，則直接刪除該路徑，后續(xù)不對(duì)該路徑進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，從新選擇其他路徑進(jìn)行計(jì)算。

5.如權(quán)利要求4所述的一種基于雙臂四指解魔方機(jī)器人控制方法，其特征在于，所述剪枝函數(shù)的構(gòu)建方法為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙臂四指解魔方機(jī)器人控制方法，涉及機(jī)器人控制領(lǐng)域。本發(fā)明方法能夠解決雙臂四指結(jié)構(gòu)機(jī)器人在魔方復(fù)原任務(wù)中的機(jī)械動(dòng)作復(fù)原的步驟優(yōu)化問(wèn)題，本方法能夠允許機(jī)器人對(duì)任意打亂狀態(tài)的魔方進(jìn)行機(jī)械動(dòng)作復(fù)原任務(wù)。在完成任務(wù)時(shí)，首先定義關(guān)鍵操作面與操作階段，隨后構(gòu)建從魔方還原步驟到機(jī)械執(zhí)行步驟的轉(zhuǎn)換邏輯，通過(guò)整合相鄰步驟的復(fù)位與調(diào)整階段、利用對(duì)稱面變換和執(zhí)行策略的選擇來(lái)探索最優(yōu)復(fù)原路徑。接著，引入剪枝函數(shù)，基于歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)步驟成本，減少搜索空間復(fù)雜度。最終，將優(yōu)化函數(shù)集成至搜索算法中，尋找機(jī)械步驟數(shù)最少的還原序列，并由控制器精確執(zhí)行，以高效、精準(zhǔn)地完成魔方復(fù)原任務(wù)。

技術(shù)研發(fā)人員：干偉豪,馬博,楊耀坤,方黎勇,周嫻
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6