CN103587869B - 基于总线方式的多机器人物流仓储系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于总线方式的多机器人物流仓储系统及其控制方法，该系统包括用户操作终端、调度服务器和多机器人全自动搬运车，调度服务器与用户操作终端相连接实现对货物的存取控制功能，调度服务器通过无线通讯方式与多机器人全自动搬运车相连接实现对货物的搬运功能；该方法将执行同一个搬运任务的多台AGV机器人设置为一台主机器人和若干台从器人；主机器人对工业总线上的各个机器人的电机进行控制，搬运任务结束后，主机器人放弃对从机器人电机的控制权。本发明设计合理，利用工业总线方式将主从机器人挂接到一起并采用云控制方式实现多机器人搬运功能，保持步调一致，同步行动，降低了通讯风险，提高了安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于自动化仓储技术领域，尤其是一种基于总线方式的多机器人物流仓储系统及其控制方法。
背景技术
在仓储物品运输过程中，经常需要多机器人协同搬运货品。多机器人系统应用的难点在于多机器人之间的任务协作，现有技术采用的是一种基于通信协商的方式，多机器人系统应用其任务执行过程和状态角色转换过程为：1、任务的搜寻者，处于漫游搜寻任务状态；2、任务的执行者，当机器人发现任务后立即从漫游状态转换到任务执行状态，此时机器人如能自己完成任务，则不必通信协商，独立完成任务；3、任务的组织者，也是在任务发现后但此时不能独立完成任务，必须进行任务分配，通过通信组织其它机器人前来帮忙协作执行任务；4、任务的协作者，当机器人接收到来自组织者的协作请求后，通过协商投标选择，进而帮助任务的组织者完成任务。
以上多机器人任务级的协调主要工作就是在通信协商的方式下，利用角色转换机制，对局部任务进行有效地组织与执行，从而有效地进行任务的分配与协作。上述技术方案其不足是：其一,其它机器人前来帮忙协作执行任务,由于各个机器人主控为各自独立的“大脑”,各个“大脑”在指挥各自机器人行动上总会存在时间上的差异,因此,难以真正实现多机器人统一步调、统一行动。其二,采用通讯协商的方式，由于过分依赖于通讯的高质量，风险较大，一旦通讯受阻，各个机器人之间通讯阻断，多机器人同步将不能实现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于总线方式的多机器人物流仓储系统及其控制方法，用以解决现有技术中协调控制复杂、安全及可靠性低的问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于总线方式的多机器人物流仓储系统，包括仓库和智能仓储控制系统，仓库内的货物存放在货物托盘上，在仓库的地面上敷设有车辆导引标识，所述的智能仓储控制系统包括用户操作终端、调度服务器和多机器人全自动搬运车，所述的多机器人全自动搬运车由多台AGV机器人通过工业总线方式组合构成，所述的AGV机器人为能够自动挂接到工业总线且带有总线挂接触点的机器人；所述的调度服务器与用户操作终端相连接进行双向通讯并根据用户操作终端的存取命令实现对货物的存取控制功能；调度服务器通过无线通讯方式与多机器人全自动搬运车相连接实现对货物的搬运功能；
而且，所述的多机器人全自动搬运车通过货物托盘底部敷设的工业总线将多台AGV机器人组合在一起，其具体连接方式为：在货物托盘下表面敷设工业总线并设置多个与该工业总线相连接的触点，在多台AGV机器人上表面设置有与AGV机器人控制电路相连接的触点，通过货物托盘下表面的触点与AGV机器人上表面的触点将多台AGV机器人连接到共同的工业总线上。
而且，所述的多机器人全自动搬运车通过AGV自身的工业总线将多台AGV机器人组合在一起，其具体连接方式为：在每个AGV机器人车体的侧面设置与AGV机器人控制电路相连接的触点，通过AGV机器人上的触点将多台AGV机器人连接到共同的工业总线上。
而且，所述AGV机器人控制电路包括上位机、AGV接口和机器人电机，上位机与AGV接口相连接，AGV接口通过工业总线与机器人电机相连接，在上位机内设有WIFI接口实现与调度服务器的通讯功能，所述AGV接口由FPGA及与其相连接陀螺仪、加速度计、编码器和工业总线控制器构成，该工业总线控制器与工业总线相连接，该工业总线与AGV车体上的触点相连接。
而且，所述多机器人全自动搬运车包括一台主机器人和若干台从机器人。
而且，所述的主机器人包括主机器人上位机、主机器人AGV接口、主机器人电机、各个从机器人电机，所述的主机器人上位机与主机器人AGV接口相连接，主机器人AGV接口通过工业总线与主机器人电机和从机器人电机相连接，所述的主机器人上位机内设有WIFI接口实现与调度服务器的通讯功能，主机器人电机和各个从机器人电机均连接到工业总线上并由主机器人上位机控制。
而且，所述的仓库为单层仓库或多层仓库。
一种基于总线方式的多机器人物流仓储系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：调度服务器接收用户操作终端的任务，根据所搬运货物重量，指派多台AGV机器人执行搬运任务；
步骤2：调度服务器将执行同一个搬运任务的多台AGV机器人设置为一台主机器人和若干台从器人；
步骤3：主机器人和从机器人根据调度服务器的命令按照导引路径汇集到目标货物托盘下方并进行多台机器人之间的工业总线连接，从机器人向主机器人发送已经连接到工业总线的信号；
步骤4：主机器人收到信息后，开始对工业总线上的各个机器人的电机进行控制，与此同时，各个从机器人放弃对自身电机的控制权；
步骤5：搬运任务结束后，主机器人放弃对从机器人电机的控制权，并通过工业总线通知给各个从机器人，各个从机器人接到通知后恢复对自身电机的控制权。
而且，所述多台机器人之间的总线连接方式为托盘总线连接方式，或AGV机器人总线连接方式。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明通过在托盘总线方式或机器人自身工业总线方式构成多机器人全自动搬运车，通过调度服务器命令主机器人和从机器人按照导引路径汇集到目标货物托盘下方，通过多机器人搬运时主机器人和从机器人共用1个“大脑”、从机器人放弃对自身电机的控制，而接受主机器人的控制，从而真正实现主从机器人在完成多机器人搬运任务的过程中，步调一致，同步行动。
2、本发明利用工业总线方式将主从机器人挂接到一起，对比传统的多机器人之间通讯协商的方式，降低了通讯风险，安全性、可靠性高。
附图说明
图1为本发明的系统连接示意图；
图2为多机器人通过托盘总线相连接的示意图；
图3为图2连接方式下的托盘总线和触点安装位置示意图；
图4为图2连接方式下的机器人触点安装位置示意图；
图5为图2连接方式下的触点连接关系示意图；
图6为多机器人通过自身工业总线进行连接的示意图；
图7为图6连接方式下的机器人触点安装位置示意图；
图8为图6连接方式下的触点连接关系视图；
图9为多机器人全自动搬运车的各个机器人独立工作的电路方框图；
图10为多机器人全自动搬运车的各个机器人连接在一起的电路方框图；
图11为云端中心调度服务器的构成示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种基于总线方式的多机器人物流仓储系统，包括仓库及智能仓储控制系统。所述的仓库可以是单层仓库或多层仓库，仓库内的货物存放在货物托盘上，在仓库的地面上敷设有车辆导引标识；如果仓库是多层仓库的话，在每层仓库之间设有升降电梯。如图1所示，所述的智能仓储控制系统为三层架构系统，包括人机界面层的用户操作终端、服务调度层的调度服务器和执行层的多机器人全自动搬运车，调度服务器通过有线网络或无线网络与用户操作终端相连接进行双向通讯，调度服务器根据用户操作终端的存取命令实现对货物的存取控制功能；调度服务器通过无线通讯方式与多机器人全自动搬运车相连接进行双向通讯，多机器人全自动搬运车根据调度服务器的命令钻入货物托盘下方托起货物托盘上的货物并按照调度服务器指定的路径以及导引标识行进，从而实现对货物的搬运功能。
多机器人全自动搬运车由多台AGV机器人通过工业总线连接构成，其具体连接方式有两种：一种连接方式是通过货物托盘底部敷设的工业总线将多台AGV机器人连接在一起；另一种连接方式是多台AGV机器人通过自身工业总线相互连接在一起。上述AGV机器人为能够自动挂接到工业总线且带有总线挂接触点的机器人。下面对两种连接结构的多机器人全自动搬运车分别进行说明：
如图2至图5所示，第一种多机器人全自动搬运车包括敷设在货物托盘下表面的工业总线、设置在货物托盘下表面且与该工业总线相连接的多个触点、多台AGV机器人以及安装在AGV机器人上表面的触点，AGV机器人上表面的触点通过工业总线与AGV机器人内的AGV接口相连接。当AGV机器人进入到货物托盘底部时，AGV机器人上表面的触点与货物托盘下表面的触点相接触，各个AGV机器人的触点与货物托盘底部的触点相接触后，使多台AGV机器人连接到工业总线上，多机器人全自动搬运车下的AGV机器人包括一台主机器人和若干台从机器人。
如图6至图8所示，第二种多机器人全自动搬运车由多个AGV机器人通过工业总线相互构成，每个AGV机器人车体的侧面设有触点，该触点通过工业总线与AGV机器人内的AGV接口相连接，多个AGV机器人通过工业总线连接在一起，多机器人全自动搬运车下的AGV机器人包括一台主机器人和若干台从机器人。
如图9所示，每台AGV机器人内的控制电路是完全一样的，均包括上位机、AGV接口、机器人电机，上位机与AGV接口相连接，AGV接口通过工业总线与机器人电机相连接，在上位机内设有WIFI接口，每个AGV机器人均能够实现与调度服务器的通讯功能，所述的AGV接口由FPGA及与其相连接陀螺仪、加速度计、编码器和工业总线控制器构成，该工业总线控制器与工业总线相连接，该工业总线与AGV车体上的触点相连接。
当调度服务器命令几台AGV机器人共同执行一次搬运任务车，多台AGV机器人组合在一起构成多机器人全自动搬运车。如图10所示，主机器人和从机器人的外部设备控制（如电机）均通过主机器人内部控制电路进行控制，此时，该控制电路包括主机器人上位机、主机器人AGV接口、主机器人电机、各个从机器人电机，所述的主机器人上位机与主机器人AGV接口相连接，主机器人AGV接口通过工业总线与主机器人电机和从机器人电机相连接，所述的主机器人上位机内设有WIFI接口实现与调度服务器的通讯功能，主机器人电机和各个从机器人电机均连接到工业总线上并由主机器人控制。当采用托盘总线相连接时，托盘总线作为主机器人工业总线的延长线，各个AGV机器人挂接到托盘总线上也就是挂接到主机器人工业总线的延长线上；当采用机器人自身工业总线连接时，各个AGV机器人相互连接后的工业总线作为主机器人工业总线的延长线，各个机器人挂接到工业总线上也就是挂接到主机器人工业总线的延长线上。当多机器人全自动搬运车任务结束时，调度服务器命令主机器人放弃对从机器人的控制权，当采用托盘总线相连接时，则托盘触点和机器人触点将由吸合状态变为断开状态；当采用机器人工业总线连接时，机器人相互之间的触点将由吸合状态变为断开状态。
如图11所示，本系统中的调度服务器采用云端中心调度服务器,该云端中心调度服务器包括仓库状态收集与检测子单元、基于网络的多机器人通讯子单元以及多机器人调度与规划模块子单元。多机器人调度与规划模块子单元和仓库状态收集与检测子单元相连接实现仓库状态及货物检测功能，多机器人调度与规划模块子单元与基于网络的多机器人通讯子单元相连接实现多机器人全自动搬运车的规划和调度功能。
一种基于工业总线方式的多机器人物流仓储控制方法，包括以下步骤：
步骤1：调度服务器接收用户操作终端的任务，根据所搬运货物重量，指派多台AGV机器人执行搬运任务；
步骤2：调度服务器将执行同一个搬运任务的多台AGV机器人设置为一台主机器人和若干台从器人；
步骤3：主机器人和从机器人根据调度服务器的命令按照导引路径汇集到目标货物托盘下方并进行多台机器人之间的工业总线连接，从机器人向主机器人发送已经连接到工业总线的信号；
工业总线挂接方式可以通过托盘总线相连接，也可以采用机器人工业总线连接，从而将主机器人和从机器人构成多机器人全自动搬运车。
步骤4：主机器人收到信息后，开始对工业总线上的各个机器人的电机进行控制，与此同时，各个从机器人放弃对自身电机的控制权；
步骤5：搬运任务结束后，主机器人放弃对从机器人电机的控制权，并通过工业总线通知给各个从机器人，各个从机器人接到通知后恢复对自身电机的控制权。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种基于总线方式的多机器人物流仓储系统，包括仓库和智能仓储控制系统，仓库内的货物存放在货物托盘上，在仓库的地面上敷设有车辆导引标识，其特征在于：所述的智能仓储控制系统包括用户操作终端、调度服务器和多机器人全自动搬运车，所述的多机器人全自动搬运车由多台AGV机器人通过工业总线方式组合构成，所述的AGV机器人为能够自动挂接到工业总线且带有总线挂接触点的机器人；所述的调度服务器与用户操作终端相连接进行双向通讯并根据用户操作终端的存取命令实现对货物的存取控制功能；调度服务器通过无线通讯方式与多机器人全自动搬运车相连接实现对货物的搬运功能；
所述的多机器人全自动搬运车通过货物托盘底部敷设的工业总线将多台AGV机器人组合在一起，其具体连接方式为：在货物托盘下表面敷设工业总线并设置多个与该工业总线相连接的触点，在多台AGV机器人上表面设置有与AGV机器人控制电路相连接的触点，通过货物托盘下表面的触点与AGV机器人上表面的触点将多台AGV机器人连接到共同的工业总线上。
2.根据权利要求1所述的基于总线方式的多机器人物流仓储系统，其特征在于：所述的多机器人全自动搬运车通过AGV自身的工业总线将多台AGV机器人组合在一起，其具体连接方式为：在每个AGV机器人车体的侧面设置与AGV机器人控制电路相连接的触点，通过AGV机器人上的触点将多台AGV机器人连接到共同的工业总线上。
3.根据权利要求1或2所述的基于总线方式的多机器人物流仓储系统，其特征在于：所述AGV机器人控制电路包括上位机、AGV接口和机器人电机，上位机与AGV接口相连接，AGV接口通过工业总线与机器人电机相连接，在上位机内设有WIFI接口实现与调度服务器的通讯功能，所述AGV接口由FPGA及与其相连接陀螺仪、加速度计、编码器和工业总线控制器构成，该工业总线控制器与工业总线相连接，该工业总线与AGV车体上的触点相连接。
4.根据权利要求1或2所述的基于总线方式的多机器人物流仓储系统，其特征在于：所述多机器人全自动搬运车包括一台主机器人和若干台从机器人。
5.根据权利要求4所述的基于总线方式的多机器人物流仓储系统，其特征在于：所述的主机器人包括主机器人上位机、主机器人AGV接口、主机器人电机、各个从机器人电机，所述的主机器人上位机与主机器人AGV接口相连接，主机器人AGV接口通过工业总线与主机器人电机和从机器人电机相连接，所述的主机器人上位机内设有WIFI接口实现与调度服务器的通讯功能，主机器人电机和各个从机器人电机均连接到工业总线上并由主机器人上位机控制。
6.根据权利要求1所述的基于总线方式的多机器人物流仓储系统，其特征在于：所述的仓库为单层仓库或多层仓库。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的基于总线方式的多机器人物流仓储系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：调度服务器接收用户操作终端的任务，根据所搬运货物重量，指派多台AGV机器人执行搬运任务；
步骤2：调度服务器将执行同一个搬运任务的多台AGV机器人设置为一台主机器人和若干台从器人；
步骤3：主机器人和从机器人根据调度服务器的命令按照导引路径汇集到目标货物托盘下方并进行多台机器人之间的工业总线连接，从机器人向主机器人发送已经连接到工业总线的信号；
步骤4：主机器人收到信息后，开始对工业总线上的各个机器人的电机进行控制，与此同时，各个从机器人放弃对自身电机的控制权；
步骤5：搬运任务结束后，主机器人放弃对从机器人电机的控制权，并通过工业总线通知给各个从机器人，各个从机器人接到通知后恢复对自身电机的控制权。
8.根据权利要求7所述的基于总线方式的多机器人物流仓储系统，其特征在于：所述多台机器人之间的总线连接方式为托盘总线连接方式，或AGV机器人总线连接方式。
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2013
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