四并联机械臂布料分拣调度方法及系统与流程

本技术涉及工业自动化，尤其涉及四并联机械臂布料分拣调度方法及系统。

背景技术：

1、在单层裁床完成面料切割后，需将独立裁片按部件或订单规则分拣至对应料箱。当前主流采用人工分拣或单机械臂串行分拣方案，在实际生产中暴露出以下固有技术缺陷：

2、现有单机械臂系统单次仅能拾取一片裁片，所有裁片需按顺序串行执行“拾取—放置”动作。受限于单机械臂在y方向的有效行程范围，面对大批量订单时，分拣节拍受制于单轴往复运动的时间累积，难以匹配上游裁床的连续出料速度，极易造成生产线堵料，产能仅能满足小批量或低节拍生产场景。

3、传统设备通常仅配备固定布局的单点吸盘或通用型夹具，缺乏依据裁片实际轮廓尺寸和长宽比来灵活调整拾取策略的能力。在针对大尺寸裁片时易因吸附力分布不均导致脱落，在针对小尺寸或异形裁片时又存在吸盘空吸、资源浪费等问题，抓取稳定性与通用性无法兼顾。

4、现有的机械臂抓取顺序和动作编排高度依赖工艺人员根据特定版型进行手动配置与固化。当上游工序因面料瑕疵避让、铺布偏移或cad版型改版导致裁片布局发生临时变动时，原有预设逻辑无法自动适配，必须重新进行人工干预和调试，不仅耗时费力，且极易引入人为配置错误，严重制约了产线的快速换产能力。

5、现有控制系统对各拾取单元的任务分配采取独立或顺序触发方式，多个执行机构之间没有协同决策机制，同一时刻往往仅有一个机构处于工作状态，其余长期处于空载等待。这种孤立的调度模式导致硬件资源利用率远低于理论可达到的水平，并联构型在节拍压缩上应有的优势无法有效发挥。

6、调度层产生的运动指令直接下发至底层控制器，在执行前无法对指令序列可能引发的异常状态（如超程、碰撞或关节奇异）进行任何形式的预判或筛查。由于缺少指令可行性的前置把关，实际设备运行过程中偶发性停机、撞机等故障频发，不仅打断分拣连续性，也增加了维护成本和安全隐患。

技术实现思路

1、本技术提供四并联机械臂布料分拣调度方法及系统，通过多层级优先级调度策略与多重运动约束协同分配机械臂，并辅以前置仿真校验闭环，实现了四机械臂的高效并行分拣，从根源上避免干涉，显著提升了分拣效率、设备利用率及运行可靠性。

2、第一方面，本技术提供四并联机械臂布料分拣调度方法，应用于设有四个并联机械臂的裁片分拣设备。所述四个并联机械臂包括第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂，每个机械臂具有两个末端执行器，包括以下步骤：

3、获取各裁片的几何特征，基于所述几何特征确定各裁片的抓取模式类型，并根据所述抓取模式类型计算各候选机械臂执行抓取时的运动可行范围；

4、以所有裁片均被规划为终止条件，循环执行机械臂协同拾取调度，每轮调度中按照四轴协同优先、双轴协同次之、单轴兜底的多层级优先级策略进行机械臂分配，本轮分配以尝试次数达到预设上限或所有机械臂均被选择而终止；

5、当一轮拾取调度完成后，根据当前轮次分配的物料及机械臂状态生成对应的放置动作，完成拾取与放置的协同调度；

6、对调度生成的各动作进行运动仿真校验，根据仿真校验结果确认调度动作的可行性；

7、其中，所述抓取模式类型包括多机械臂协同抓取模式和单机械臂独立抓取模式。

8、优选地，所述多机械臂协同抓取模式包括四点抓取和纵向两点抓取，所述单机械臂独立抓取模式包括横向两点抓取和单点抓取；

9、其中，四点抓取和纵向两点抓取的候选机械臂组合为第一机械臂与第二机械臂的组合、第二机械臂与第三机械臂的组合、第三机械臂与第四机械臂的组合中的任一组合；横向两点抓取的候选机械臂为第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂或第四机械臂中的任一机械臂；单点抓取由单机械臂的单个末端执行器完成。

10、优选地，所述运动可行范围包括横梁x可行区间，所述横梁位于所述x可行区间内时，参与当前抓取的各末端执行器在x方向上的变距行程均不超过预设的最大变距行程且不小于预设的最小变距行程，且各末端执行器能够同时到达各自对应的抓取点x坐标；

11、其中，所述横梁x可行区间为同时满足上述条件的所有横梁x坐标的集合。

12、优选地，所述四个并联机械臂中相邻的两个机械臂之间存在y方向最小间距约束；所述运动可行范围还包括机械臂y占用区间，所述机械臂y占用区间根据相邻机械臂之间的y方向最小间距约束，扣除相邻机械臂的安全避让余量后确定。

13、优选地，所述多层级优先级策略依托循环试探分配机制执行，每轮调度开始前将试探计数初始化为预设初始值，以试探计数达到预设上限或全部四个机械臂均被选择作为本轮分配终止条件，按第一优先级、第二优先级、第三优先级的顺序依次执行分配流程；

14、所述分配流程为：在未被规划的裁片中检索适配当前候选机械臂组合的裁片，检索到适配裁片后，进一步校验该裁片未被其他机械臂分配，校验通过则为该裁片绑定当前候选机械臂组合中的各机械臂并更新机械臂选择状态及末端执行器分配状态，生成拾取动作；若检索失败则保持当前候选机械臂组合中各机械臂的未选择状态，并使所述试探计数递增，切换至下一候选机械臂组合或下一优先级；

15、第一优先级：当所述试探计数等于所述预设初始值且全部机械臂均未被选择时，以四个机械臂作为候选机械臂组合执行所述分配流程；若检索失败则使所述试探计数递增，进入第二优先级；

16、第二优先级：当所述试探计数处于第一数值区间时，按第一预设顺序，依次判断各相邻双机械臂组合中的两个机械臂是否均未被选择，若均未被选择则将该相邻双机械臂组合作为候选组合执行所述分配流程；所述试探计数在所述第一数值区间内的每个取值对应执行一次分配流程，执行完毕后使所述试探计数递增；当所述试探计数超出所述第一数值区间的上限时，进入第三优先级；

17、第三优先级：当所述试探计数处于第二数值区间时，按第二预设顺序，依次判断各单机械臂是否未被选择，若未被选择则将该单机械臂作为候选组合执行所述分配流程；所述试探计数在所述第二数值区间内的每个取值对应执行一次分配流程，执行完毕后使所述试探计数递增；当所述试探计数超出所述第二数值区间的上限时，本轮分配终止；

18、其中，所述预设初始值小于所述第一数值区间的下限，所述第一数值区间的上限小于所述第二数值区间的下限。

19、优选地，所述机械臂分配过程中，包括多重约束；所述多重约束包括横梁x区间交集约束、机械臂y区间互斥约束以及机械臂占用互斥约束；

20、所述横梁x区间交集约束用于确保被分配至同一调度回合的各机械臂的横梁x可行区间存在公共交集；

21、所述机械臂y区间互斥约束用于确保被分配至同一调度回合的各机械臂的y占用区间互不重叠；

22、所述机械臂占用互斥约束用于确保同一机械臂在同一调度回合内不会被重复分配，且同一裁片不会被重复分配至不同机械臂。

23、优选地，所述放置动作按照多维多轴动作序列的标准化向量格式输出，所述标准化向量格式兼容多品牌伺服控制器。

24、优选地，当仿真校验发现调度动作异常时，自动重新进行机械臂分配。

25、优选地，每次调度均按照时间戳目录归档调度任务数据、调度结果数据和仿真校验日志，并执行日志滚动清理。

26、第二方面，本技术提供一种分拣调度系统，所述系统包括具有四并联机械臂的裁片分拣设备、存储器和处理器，所述存储器包括计算机可读存储介质，用于存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本技术实施例所述方法的步骤。

27、与现有技术相比，本技术的有益效果至少包括：通过四轴协同、双轴协同、单轴兜底的多层级优先级调度策略，在单横梁上实现最多四个机械臂的并行作业，显著压缩串行拾取时间，有效匹配上游裁床出料节拍，解决流水线堵料问题。

28、依据裁片的几何特征自动匹配四点抓取、纵向两点、横向两点或单点抓取模式，使末端执行器配置与裁片轮廓、长宽比动态契合，既提高了抓取稳定性，又避免了吸盘空吸或资源浪费。

29、通过横梁x区间交集约束、机械臂y区间互斥约束和占用互斥约束三重机制，在同一调度回合内确保各机械臂的运动可行区间存在公共交集且物理空间互不重叠，从根本上避免碰撞风险。

30、在调度动作下发至底层控制器前，引入运动仿真校验闭环，提前排查超程、碰撞或奇异位姿等异常状态；当校验异常时自动回退重新分配，有效降低上机故障率和非计划停机。

31、调度逻辑无需人工针对版型预编排抓取顺序，能够根据裁片实时布局动态进行任务分配，自适应版型变动或面料偏移，大幅缩减换产调试时间，降低人为配置出错率。

32、放置动作以标准化向量格式输出，兼容多品牌伺服控制器；同时按时间戳归档调度任务数据、结果及校验日志，实现全链路数据可追溯，便于问题排查与系统优化。