CN107835258A - 多机器人协同工作方法及协同控制系统 - Google Patents

多机器人协同工作方法及协同控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多机器人协同工作方法及协同控制系统，本多机器人协同工作方法包括：设置一信号源，且将服务器与若干个机器人同时接于该信号源；通过对服务器和各机器人对信号源信号的测量计算，以实现各机器人之间时间同步；本发明的多机器人协同工作方法及系统，其利用一个长周期的交变模拟信号进行本地机器人的时间同步，从而规避通信信号的延时及通信异常造成的时间同步不正常，满足机器人时间同步需求。

Description

多机器人协同工作方法及协同控制系统
技术领域
本发明为一种多机器人协同工作方法及协同控制系统，涉及到通信、测量技术领域。
背景技术
随着科技的进步，要求多台机器人的协同作业机会越来越多，即多台机器人完成生产流水线加工工作，但是在加工过程中，若各机器人的时间误差大到一定程度时，机器人的工作协调性会变差，无法满足协同作业的需求。
目前，现有的时间同步(校时)功能，都是采用时间服务器发出时间同步信号，并包含时间数据，由收到信号的机器人根据收到信息的时间与数据包中时间对比进行时间同步。
但是，任何网络都有延迟时间，或许是毫秒级，或许是秒级，而且不同接收机收到通信信号的延时是随即的，无法预设修正值。这样的时间同步，在精度要求较高的情况下不能满足需求！况且还有一定机率会发生通信错误，需要重复通信才能成功，这时的延时更是无法预测。
虽然，机器人可能会使用极高速率的宽带，且相互之间无干扰的情况下，从时间服务器发起同步到被同步对象收到为止的延时时间可能不长；但采用低率通信时，时间延迟会较大。比如使用类似蓝牙、公网的无线通信或是通信网内干扰较多，需要反复进行时，则延迟时间无法确定。
因此，在对于时间精度要求不高的应用，通过时间服务器同步的方式或许能够满足使用要求，但对于要求高的应用，延迟的通信时间会造成同步时间精度不足——尤其是通信方式是易受干扰的无线、多节点网或低速率通信的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种多机器人协同工作方法及系统，以解决多机器人并行作业过程中时间同步的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多机器人协同工作方法，包括：设置一信号源，且将服务器与若干个机器人同时接于该信号源；通过对服务器和各机器人对信号源信号的测量计算，以实现各机器人之间时间同步。
进一步，所述信号源适于产生一长周期的交变模拟信号，以保证一个周期内让所有机器人在最大通信延时情况下完成交变模拟信号数据采集，且信号强度适于满足各机器人同时采集。
进一步，所述通过对服务器与各机器人对信号源信号的测量计算，以实现各机器人之间时间同步的方法包括如下步骤：
步骤S1，服务器及各机器人同时开始采集交变模拟信号，并分别计算各自的采样曲线；
步骤S2，根据各自的采样曲线结合服务器的标准时间计算相应的同步修正值，实现各机器人时间同步。
进一步，所述多机器人协同工作方法还包括：在服务器发送同步指令后，服务器及各机器人同时开始采集交变模拟信号。
进一步，所述步骤S2中根据各自的采样曲线结合服务器的标准时间计算相应的同步修正值，实现各机器人时间同步的方法包括：
步骤S21，服务器向各机器人均发送服务器端的采样曲线；
步骤S22，各机器人分别将机器人端的采样曲线与服务器端的采样曲线进行重叠，以所述标准时间为基准计算各自的同步修正值；
步骤S23，重复步骤S1至步骤S2，直至机器人完成时间同步。
进一步，所述步骤S22中各机器人分别将机器人端的采样曲线与服务器端的采样曲线进行重叠，以所述标准时间为基准计算各自的同步修正值；即
对于一机器人，将采样曲线进行重叠后，由差值计算得出时间差值，再对比标准时间，以进行时间修正。
进一步，所述服务器和若干个机器人内均使用相同的多机器人协同控制系统；
所述多机器人协同控制系统包括：运放、AD转换器、MCU运算器和时钟模块；其中
所述运放采集交变模拟信号，并通过AD转换器输入至MCU运算器获得同步数据，所述MCU运算器适于将同步数据通过时钟模块进行时间同步。
又一方面，本发明还提供了一种多机器人协同控制系统。
所述多机器人协同控制系统包括：
信号源，与该信号源相连的服务器和若干个机器人；其中
通过对服务器和各机器人对信号源信号的测量计算，以实现各机器人之间时间同步。
进一步，所述信号源适于产生一长周期的交变模拟信号，以保证一个周期内让所有机器人在最大通信延时情况下完成交变模拟信号数据采集，且信号强度适于满足各机器人同时采集；以及所述服务器和若干个机器人内均使用相同的多机器人协同控制系统；所述多机器人协同控制系统包括：运放、AD转换器、MCU运算器和时钟模块；其中所述运放采集交变模拟信号，并通过AD转换器输入至MCU运算器获得同步数据，所述MCU运算器适于将同步数据通过时钟模块进行时间同步。
进一步，所述通过对服务器与各机器人对信号源信号的测量计算，以实现各机器人之间时间同步，即服务器及各机器人同时开始采集交变模拟信号，并分别计算各自的采样曲线；以及根据各自的采样曲线结合服务器的标准时间计算相应的同步修正值，实现各机器人时间同步。
本发明的有益效果是，本发明的多机器人协同工作方法及系统，其利用一个长周期的交变模拟信号进行本地各机器人的时间同步，从而规避通信信号的延时及通信异常造成的时间同步不正常，满足机器人协同工作的时间同步需求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的多机器人协同控制系统对交变模拟信号的采样示意图；
图2是本多机器人协同工作方法中服务器、若干个机器人与信号源(多机器人协同控制系统)的连接示意图；
图3是本发明的多机器人协同控制系统的原理框图；
图4是本发明服务器和各机器人交互示意图；
图5是本发明的服务器和机器人的采样时间未完全同步对应的采样示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
多机器人协调作业/测量，往往需要同步运行，其内部时钟必须高度同步，如果其中一个机器人的时钟误差超标，就会影响整个系统的工作状态。
本多机器人协同工作方法及系统解决了现有的因通信延时或重试造成通信时间差产生的时间误差的问题，利用外部独立设置的适于产生长周期的交变模拟信号信号源进行解析信号，再对比服务器中标准时间进行本地机器人时间同步。
由于，传统的通信信号会有延时，但是信号源中的交变模拟信号不会延时，仅可能因线路的长短有极小的误差，为了消除这细微误差，可以使用标准长度、标准规格的信号线，以及标准的硬件配置，上述时间误差完全可以忽略不计。
因此，本发明不采用通信信号进行同步，而是使用信号源的交变模拟信号进行采集测量，利用多轮修正，通过逐渐重合的采样曲线进行时间同步。
由于任何的通信，从发起到收到都会有时间延时；虽然本发明中涉及机器人间的相互通信，但此通信仅限于传输交变模拟信号的测量数据，即只需通信成功即可，并且通信延迟不会影响时间同步的精度。
因此，在实际应用中，机器人的同步配合只需要同网内机器人时钟相同，并不一定要与时间(例如北京时间)完全一致。这样，使用其中某一机器人(或服务器)校时后作为一时间服务器，就可以进行本地校时，以满足各机器人作业的需求。
本发明是基于以上应用需求，进行本地校时；因此，本发明的校时在本地进行，又因机器人自身时钟具有相应的精度，其使用不限于集中或本地使用。
以下通过实施例1和实施例2对本多机器人协同工作方法及系统的具体实现过程进行展开说明。
实施例1
图1是本发明的多机器人协同控制系统对交变模拟信号的采样示意图；
如图1所示，对不同的精度要求，设定不同的采样频率。
在应用中时钟具有一定的精度要求，并不能真正做到零误差。本发明的时间同步也相应地满足误差要求(一般会精确到更高的一个数量级)；如精度要求±0.1s时，同步要求按±0.01s进行；若要求为±1ms，则同步按±0.1ms进行；相应地，采样周期/频率分别为0.01s/100Hz、0.1ms/10kHz。
如上所述，采样频率越高时，时间同步的精度会越大，但相应的计算量也越大，同步时间会更长。在实际使用过程中，能满足需求即可，无需追求更高的精度，花费更多的时间。
图2示出了本多机器人协同工作方法中服务器、若干个机器人与信号源的连接示意图。
所述多机器人协同工作方法，包括：
设置一信号源，且将服务器与若干个机器人同时接于该信号源；
通过对服务器和各机器人对信号源信号的测量计算，以实现各机器人之间时间同步。
图3为对信号源信号处理的原理示意图。
所述服务器和若干个机器人内均使用相同的多机器人协同控制系统；所述多机器人协同控制系统包括：运放U1、AD转换器、MCU运算器和时钟模块；其中所述运放采集交变模拟信号，并通过AD转换器输入至MCU运算器获得同步数据，所述MCU运算器适于将同步数据通过时钟模块进行时间同步。
并且，所述信号源适于产生一长周期的交变模拟信号，以保证一个周期内让所有机器人在最大通信延时情况下完成交变模拟信号数据采集，且信号强度适于满足各机器人同时采集。例如在本实施例中，机器人的最大通讯延时可以包括但不限于0.5ms、1ms、2ms，则n个机器人，所述机器人的数量n大于1个，例如为5个，且最大通信延时为1ms，则一个交变模拟信号的长周期可以设置为不小于5ms。
图4是本发明服务器和机器人交互示意图。
具体的，在服务器发出同步指令后，服务器与机器人均开始对信号源信号进行采样测量。服务器将自身测量数据(含时间及测量结果的集合组值形成的数据曲线)发送给各机器人，各机器人收到同步指令及数据信号后均要求回复。
所述通过对服务器与各机器人对信号源信号的测量计算，以实现各机器人之间时间同步的方法包括如下步骤：
步骤S1，在服务器发送同步指令后，服务器及各机器人同时开始采集交变模拟信号，并分别计算各自的采样曲线；以及
步骤S2，根据各自的采样曲线结合服务器的标准时间计算相应的同步修正值，实现各机器人时间同步。
进一步，所述步骤S2中根据各自的采样曲线结合服务器的标准时间计算相应的同步修正值，实现各机器人时间同步的方法包括：
步骤S21，服务器向各机器人均发送服务器端的采样曲线；
步骤S22，各机器人分别将机器人端的采样曲线与服务器端的采样曲线进行重叠，以所述标准时间为基准计算各自的同步修正值；以及
步骤S23，重复步骤S1至步骤S2，直至机器人完成时间同步。
图5是本发明的服务器和机器人的采样时间未完全同步对应的采样示意图。
具体的，服务器和机器人采样时间可能会不完全同步，机器人计算时重合数据曲线，并进行时间差值的计算，修正后重复以上同步动作进行验证。
由于采样数据是同一信号源的同一段信号，各机器人及服务器计算的采样曲线应可以重叠，只是由于采样时间差采样点不同。各机器人与本身的采样曲线对比并重合曲线后，可以差值计算出时间差值，再对比服务器的标准时间可以进行时间修正。
实施例2
在实施例1基础上，本实施例2提供了一种多机器人协同控制系统。
包括：
信号源，与该信号源相连的服务器和若干个机器人；其中
通过对服务器和各机器人对信号源信号的测量计算，以实现各机器人之间时间同步。
所述信号源适于产生一长周期的交变模拟信号，以保证一个周期内让所有机器人在最大通信延时情况下完成交变模拟信号数据采集，且信号强度适于满足各机器人同时采集；以及所述服务器和若干个机器人内均使用相同的多机器人协同控制系统；所述多机器人协同控制系统包括：运放、AD转换器、MCU运算器和时钟模块；其中所述运放采集交变模拟信号，并通过AD转换器输入至MCU运算器获得同步数据，所述MCU运算器适于将同步数据通过时钟模块进行时间同步。
所述通过对服务器与各机器人对信号源信号的测量计算，以实现各机器人之间时间同步，即服务器及各机器人同时开始采集交变模拟信号，并分别计算各自的采样曲线；以及根据各自的采样曲线结合服务器的标准时间计算相应的同步修正值，实现各机器人时间同步。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种多机器人协同工作方法，其特征在于，
设置一信号源，且将若干个机器人和服务器同时接于该信号源；
通过对服务器和各机器人对信号源信号的测量计算，以实现各机器人之间时间同步。
2.根据权利要求1所述的多机器人协同工作方法，其特征在于，
所述信号源适于产生一长周期的交变模拟信号，以保证一个周期内让所有机器人在最大通信延时情况下完成交变模拟信号数据采集，且信号强度适于满足各机器人同时采集。
3.根据权利要求2所述的多机器人协同工作方法，其特征在于，
所述通过对服务器与各机器人对信号源信号的测量计算，以实现各机器人之间时间同步的方法包括如下步骤：
步骤S1，服务器及各机器人同时开始采集交变模拟信号，并分别计算各自的采样曲线；
步骤S2，根据各自的采样曲线结合服务器的标准时间计算相应的同步修正值，实现各机器人时间同步。
4.根据权利要求3所述的多机器人协同工作方法，其特征在于，
所述多机器人协同工作方法还包括：在服务器发送同步指令后，服务器及各机器人同时开始采集交变模拟信号。
5.根据权利要求4所述的多机器人协同工作方法，其特征在于，
所述步骤S2中根据各自的采样曲线结合服务器的标准时间计算相应的同步修正值，实现各机器人时间同步的方法包括：
步骤S21，服务器向各机器人均发送服务器端的采样曲线；
步骤S22，各机器人分别将机器人端的采样曲线与服务器端的采样曲线进行重叠，以所述标准时间为基准计算各自的同步修正值；
步骤S23，重复步骤S1至步骤S2，直至机器人完成时间同步。
6.根据权利要求5所述的多机器人协同工作方法，其特征在于，
所述步骤S22中各机器人分别将机器人端的采样曲线与服务器端的采样曲线进行重叠，以所述标准时间为基准计算各自的同步修正值；即
对于一机器人，将采样曲线进行重叠后，由差值计算得出时间差值，再对比标准时间，以进行时间修正。
7.根据权利要求6所述的多机器人协同工作方法，其特征在于，
所述服务器和若干个机器人内均使用相同的多机器人协同控制系统；
所述多机器人协同控制系统包括：运放、AD转换器、MCU运算器和时钟模块；其中
所述运放采集交变模拟信号，并通过AD转换器输入至MCU运算器获得同步数据，所述MCU运算器适于将同步数据通过时钟模块进行时间同步。
8.一种多机器人协同控制系统，其特征在于，包括：
信号源，与该信号源相连的服务器和若干个机器人；其中
通过对服务器和各机器人对信号源信号的测量计算，以实现各机器人之间时间同步。
9.根据权利要求8所述的多机器人协同控制系统，其特征在于，
所述信号源适于产生一长周期的交变模拟信号，以保证一个周期内让所有机器人在最大通信延时情况下完成交变模拟信号数据采集，且信号强度适于满足各机器人同时采集；以及
所述服务器和若干个机器人内均使用相同的多机器人协同控制系统；
所述多机器人协同控制系统包括：运放、AD转换器、MCU运算器和时钟模块；其中
所述运放采集交变模拟信号，并通过AD转换器输入至MCU运算器获得同步数据，所述MCU运算器适于将同步数据通过时钟模块进行时间同步。
10.根据权利要求9所述的多机器人协同控制系统，其特征在于，
所述通过对服务器与各机器人对信号源信号的测量计算，以实现各机器人之间时间同步，即
服务器及各机器人同时开始采集交变模拟信号，并分别计算各自的采样曲线；以及
根据各自的采样曲线结合服务器的标准时间计算相应的同步修正值，实现各机器人时间同步。
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