CN113408784A - 多机器人移载协同装配方法及设备 - Google Patents

多机器人移载协同装配方法及设备 Download PDF

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CN113408784A CN202110539702.7A CN202110539702A CN113408784A CN 113408784 A CN113408784 A CN 113408784A CN 202110539702 A CN202110539702 A CN 202110539702A CN 113408784 A CN113408784 A CN 113408784A
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Abstract

本发明提供了一种多机器人移载协同装配方法及设备。所述方法包括：将若干移动机器人移动到装配区域，采用全局‑局部融合模式对所述若干移动机器人进行路径规划；采用视觉伺服控制策略调整并联机器人位姿，将夹具上的构件对准并接触；若仅调整并联机器人位姿无法得到装配所需位姿，则控制移动机器人进行移动，实现并联机器人和移动机器人的宏微运动复合；在构件接触后，采用多机器人装配协同控制策略，对构件进行装配。本发明可以显著提高大型构件的装配效率，减少了人力物力成本，由于采用并联机器人对大型构件进行装配，能够承载较大的构件重量，提高了对大型构件的装配精度。

Description

多机器人移载协同装配方法及设备
技术领域
本发明实施例涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种多机器人移载协同装配方法及设备。
背景技术
在工业制造领域，大型复杂构件非常常见，这种构件的装配首先需要将两个或者多个构件从较远的距离移动到相近位置，然后进行姿态调整和对中，最后进行装配操作，整个装配过程通常需要消耗大量的人力物力，效率也较为低下。
因此，开发一种多机器人移载协同装配方法及设备，可以有效克服上述相关技术中的缺陷，就成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种多机器人移载协同装配方法及设备。
第一方面，本发明的实施例提供了一种多机器人移载协同装配方法，包括：将若干移动机器人移动到装配区域，采用全局-局部融合模式对所述若干移动机器人进行路径规划；采用视觉伺服控制策略调整并联机器人位姿，将夹具上的构件对准并接触；若仅调整并联机器人位姿无法得到装配所需位姿，则控制移动机器人进行移动，实现并联机器人和移动机器人的宏微运动复合；在构件接触后，采用多机器人装配协同控制策略，对构件进行装配。
在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配方法，所述采用全局-局部融合模式对所述若干移动机器人进行路径规划，包括：采用slam路径规划策略对所述若干移动机器人进行全局路径规划，若所述若干移动机器人中的任一移动机器人遇到障碍物，则采用视觉伺服控制策略对所述任一移动机器人进行局部路径规划。
在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配方法，所述采用视觉伺服控制策略调整并联机器人位姿，包括：
Figure BDA0003071184430000011
e＝s-s*
其中，Vc为并联机器人的关节速度；λ为可调参数；
Figure BDA0003071184430000021
为雅各比矩阵；e为误差；s为实际特征；s*为期望特征。
在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配方法，所述实现并联机器人和移动机器人的宏微运动复合，包括：宏观层面控制移动机器人移动对构件进行移动定位，微观层面采用所述视觉伺服控制策略，控制并联机器人姿态对构件进行调姿。
在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配方法，所述采用多机器人装配协同控制策略，对构件进行装配，包括：对构件进行装配时，采用阻抗控制模式保持对构件装配的恒力跟踪。
在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配方法，所述阻抗控制模式包括：
Figure BDA0003071184430000022
Fe＝Ke(Xe-X)
其中，M为6x6质量矩阵；B为6x6阻尼矩阵；K为6x6刚度矩阵；X为当前位置；Xr为参考位置；Fe为实际环境接触力；Fd为期望接触力；Xe为环境初始位置；Ke为环境刚度。
第二方面，本发明的实施例提供了一种多机器人移载协同装配系统，包括：若干并联机器人，用于调整构件的位姿；若干移动机器人，用于调整构件的位置；控制平台，用于实现如第一方面方法实施例中任一实施例所述的多机器人移载协同装配方法。
第三方面，本发明的实施例提供了一种多机器人移载协同装配装置，包括：第一主模块，用于将若干移动机器人移动到装配区域，采用全局-局部融合模式对所述若干移动机器人进行路径规划；第二主模块，用于采用视觉伺服控制策略调整并联机器人位姿，将夹具上的构件对准并接触；第三主模块，用于若仅调整并联机器人位姿无法得到装配所需位姿，则控制移动机器人进行移动，实现并联机器人和移动机器人的宏微运动复合；第四主模块，用于在构件接触后，采用多机器人装配协同控制策略，对构件进行装配。
第四方面，本发明的实施例提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的多机器人移载协同装配方法。
第五方面，本发明的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的多机器人移载协同装配方法。
本发明实施例提供的多机器人移载协同装配方法及设备，通过运用多机器人对大型构件进行自动化装配，将装配构件从远距离运输至装配点并进行协同装配作业，可以显著提高装配的效率，减少了人力物力成本，由于采用并联机器人对大型构件进行装配，能够承载较大的构件重量，提高了对大型构件的装配精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的多机器人移载协同装配方法流程图；
图2为本发明实施例提供的多机器人移载协同装配装置结构示意图；
图3为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的多机器人移载协同装配系统结构示意图；
图5为本发明实施例提供的控制移动机器人移动至装配点效果示意图；
图6为本发明实施例提供的并联机器人协同调整构件位姿效果示意图；
图7为本发明实施例提供的并联机器人和移动机器人协同装配构件效果示意图；
图8为本发明实施例提供的另一多机器人移载协同装配方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明实施例提供了一种多机器人移载协同装配方法，参见图1，该方法包括：将若干移动机器人移动到装配区域，采用全局-局部融合模式对所述若干移动机器人进行路径规划；采用视觉伺服控制策略调整并联机器人位姿，将夹具上的构件对准并接触；若仅调整并联机器人位姿无法得到装配所需位姿，则控制移动机器人进行移动，实现并联机器人和移动机器人的宏微运动复合；在构件接触后，采用多机器人装配协同控制策略，对构件进行装配。
基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配方法，所述采用全局-局部融合模式对所述若干移动机器人进行路径规划，包括：采用slam路径规划策略对所述若干移动机器人进行全局路径规划，若所述若干移动机器人中的任一移动机器人遇到障碍物，则采用视觉伺服控制策略对所述任一移动机器人进行局部路径规划。
基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配方法，所述采用视觉伺服控制策略调整并联机器人位姿，包括：
Figure BDA0003071184430000041
e＝s-s* (2)
其中，Vc为并联机器人的关节速度；λ为可调参数；
Figure BDA0003071184430000042
为雅各比矩阵；e为误差；s为实际特征；s*为期望特征。当误差e小于误差限时视为完成控制目标。
具体地，在实际工况中，实际特征为实际的位姿特征或实际的位置特征，期望特征为期望的位姿特征或期望的位置特征。
基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配方法，所述实现并联机器人和移动机器人的宏微运动复合，包括：宏观层面控制移动机器人移动对构件进行移动定位，微观层面采用所述视觉伺服控制策略，控制并联机器人姿态对构件进行调姿。
基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配方法，所述采用多机器人装配协同控制策略，对构件进行装配，包括：对构件进行装配时，采用阻抗控制模式保持对构件装配的恒力跟踪。
基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配方法，所述阻抗控制模式包括：
Figure BDA0003071184430000043
Fe＝Ke(Xe-X) (4)
其中，M为6x6质量矩阵；B为6x6阻尼矩阵；K为6x6刚度矩阵；X为当前位置；Xr为参考位置；Fe为实际环境接触力；Fd为期望接触力；Xe为环境初始位置；Ke为环境刚度。
具体地，通过控制Xr的输入，保证Fe-Fd为0，使环境接触力与期望力相等，达到协同顺应控制的要求。
本发明实施例提供的多机器人移载协同装配方法的具体控制流程可以参见图8。控制平台负责移动机器人路径规划，整体平台协同运动，接触顺应装配；移动机器人接收控制信号后进行移动宏观对齐，并将位置信息反馈给控制平台，并联机器人接收控制信号后进行姿态微观调整，并将视觉位姿反馈给控制平台，在大型构件的最后装配阶段，并联机器人与移动机器人进行联动，并分别将力觉信息反馈至控制平台。
本发明实施例提供的多机器人移载协同装配方法，通过运用多机器人对大型构件进行自动化装配，将装配构件从远距离运输至装配点并进行协同装配作业，可以显著提高装配的效率，减少了人力物力成本，由于采用并联机器人对大型构件进行装配，能够承载较大的构件重量，提高了对大型构件的装配精度。
本发明实施例提供了一种多机器人移载协同装配系统，该系统包括：若干并联机器人，用于调整构件的位姿；若干移动机器人，用于调整构件的位置；控制平台，用于实现如前述方法实施例中任一实施例所述的多机器人移载协同装配方法。具体可以参见图4，移动机器人1与并联机器人2之间形成配合，留有一个自由度，并联机器人2能够绕其轴线在移动机器人1上自由转动。夹具3固定在并联机器人2上，能够随着并联机器人2进行位姿调整。构件4上布置有标记点和力传感器，用于实现相机识别视觉伺服和力控制。在另一侧，还布置有移动机器人8及并联机器人7，二者之间配合留有一个自由度，并联机器人7能够绕其轴线在移动机器人8上自由转动。夹具6固定在并联机器人7上，能够随着并联机器人7进行位姿调整。
本发明各个实施例的实现基础是通过具有处理器功能的设备进行程序化的处理实现的。因此在工程实际中，可以将本发明各个实施例的技术方案及其功能封装成各种模块。基于这种现实情况，在上述各实施例的基础上，本发明的实施例提供了一种多机器人移载协同装配装置，该装置用于执行上述方法实施例中的多机器人移载协同装配方法。参见图2，该装置包括：第一主模块，用于将若干移动机器人移动到装配区域，采用全局-局部融合模式对所述若干移动机器人进行路径规划；第二主模块，用于采用视觉伺服控制策略调整并联机器人位姿，将夹具上的构件对准并接触；第三主模块，用于若仅调整并联机器人位姿无法得到装配所需位姿，则控制移动机器人进行移动，实现并联机器人和移动机器人的宏微运动复合；第四主模块，用于在构件接触后，采用多机器人装配协同控制策略，对构件进行装配，整个装配过程由摄像机9进行全程录像。在大型构件的装配过程中，将两个大型构件定位夹紧，使用两个移动机器人从远距离移动至装配地点，如图5所示，在两个移动机器人到达预设指定区域后，两个并联机器人协同调整大型构件的位姿，如图6所示，在大型构件的姿态调整完毕后，可以继续控制两个移动机器人相向移动，并同时微调两个并联机器人，实现大型构件的精准耦合，完成并联机器人和移动机器人对大型构件的协同装配操作。
本发明实施例提供的多机器人移载协同装配装置，采用图2中的若干模块，通过运用多机器人对大型构件进行自动化装配，将装配构件从远距离运输至装配点并进行协同装配作业，可以显著提高装配的效率，减少了人力物力成本，由于采用并联机器人对大型构件进行装配，能够承载较大的构件重量，提高了对大型构件的装配精度。
需要说明的是，本发明提供的装置实施例中的装置，除了可以用于实现上述方法实施例中的方法外，还可以用于实现本发明提供的其他方法实施例中的方法，区别仅仅在于设置相应的功能模块，其原理与本发明提供的上述装置实施例的原理基本相同，只要本领域技术人员在上述装置实施例的基础上，参考其他方法实施例中的具体技术方案，通过组合技术特征获得相应的技术手段，以及由这些技术手段构成的技术方案，在保证技术方案具备实用性的前提下，就可以对上述装置实施例中的装置进行改进，从而得到相应的装置类实施例，用于实现其他方法类实施例中的方法。例如：
基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配装置，还包括：第一子模块，用于实现所述采用全局-局部融合模式对所述若干移动机器人进行路径规划，包括：采用slam路径规划策略对所述若干移动机器人进行全局路径规划，若所述若干移动机器人中的任一移动机器人遇到障碍物，则采用视觉伺服控制策略对所述任一移动机器人进行局部路径规划。
基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配装置，还包括：第二子模块，用于实现所述采用视觉伺服控制策略调整并联机器人位姿，包括：
Figure BDA0003071184430000061
e＝s-s*
其中，Vc为并联机器人的关节速度；λ为可调参数；
Figure BDA0003071184430000062
为雅各比矩阵；e为误差；s为实际特征；s*为期望特征。
基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配装置，还包括：第三子模块，用于实现所述实现并联机器人和移动机器人的宏微运动复合，包括：宏观层面控制移动机器人移动对构件进行移动定位，微观层面采用所述视觉伺服控制策略，控制并联机器人姿态对构件进行调姿。
基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配装置，还包括：第四子模块，用于实现所述采用多机器人装配协同控制策略，对构件进行装配，包括：对构件进行装配时，采用阻抗控制模式保持对构件装配的恒力跟踪。
基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的多机器人移载协同装配装置，还包括：第五子模块，用于实现所述阻抗控制模式包括：
Figure BDA0003071184430000071
Fe＝Ke(Xe-X)
其中，M为6x6质量矩阵；B为6x6阻尼矩阵；K为6x6刚度矩阵；X为当前位置；Xr为参考位置；Fe为实际环境接触力；Fd为期望接触力；Xe为环境初始位置；Ke为环境刚度。
本发明实施例的方法是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，本发明的实施例提供了一种电子设备，如图3所示，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)、通信接口(Communications Interface)、至少一个存储器(memory)和通信总线，其中，至少一个处理器，通信接口，至少一个存储器通过通信总线完成相互间的通信。至少一个处理器可以调用至少一个存储器中的逻辑指令，以执行前述各个方法实施例提供的方法的全部或部分步骤。
此外，上述的至少一个存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个方法实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。基于这种认识，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在本专利中，术语"包括"、"包含"或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多机器人移载协同装配方法，其特征在于，包括：将若干移动机器人移动到装配区域，采用全局-局部融合模式对所述若干移动机器人进行路径规划；采用视觉伺服控制策略调整并联机器人位姿，将夹具上的构件对准并接触；若仅调整并联机器人位姿无法得到装配所需位姿，则控制移动机器人进行移动，实现并联机器人和移动机器人的宏微运动复合；在构件接触后，采用多机器人装配协同控制策略，对构件进行装配。
2.根据权利要求1所述的多机器人移载协同装配方法，其特征在于，所述采用全局-局部融合模式对所述若干移动机器人进行路径规划，包括：采用slam路径规划策略对所述若干移动机器人进行全局路径规划，若所述若干移动机器人中的任一移动机器人遇到障碍物，则采用视觉伺服控制策略对所述任一移动机器人进行局部路径规划。
3.根据权利要求2所述的多机器人移载协同装配方法，其特征在于，所述采用视觉伺服控制策略调整并联机器人位姿，包括：
Figure FDA0003071184420000011
e＝s-s*
其中，Vc为并联机器人的关节速度；λ为可调参数；
Figure FDA0003071184420000012
为雅各比矩阵；e为误差；s为实际特征；s*为期望特征。
4.根据权利要求3所述的多机器人移载协同装配方法，其特征在于，所述实现并联机器人和移动机器人的宏微运动复合，包括：宏观层面控制移动机器人移动对构件进行移动定位，微观层面采用所述视觉伺服控制策略，控制并联机器人姿态对构件进行调姿。
5.根据权利要求4所述的多机器人移载协同装配方法，其特征在于，所述采用多机器人装配协同控制策略，对构件进行装配，包括：对构件进行装配时，采用阻抗控制模式保持对构件装配的恒力跟踪。
6.根据权利要求5所述的多机器人移载协同装配方法，其特征在于，所述阻抗控制模式包括：
Figure FDA0003071184420000021
Fe＝Ke(Xe-X)
其中，M为6x6质量矩阵；B为6x6阻尼矩阵；K为6x6刚度矩阵；X为当前位置；Xr为参考位置；Fe为实际环境接触力；Fd为期望接触力；Xe为环境初始位置；Ke为环境刚度。
7.一种多机器人移载协同装配系统，其特征在于，包括：若干并联机器人，用于调整构件的位姿；若干移动机器人，用于调整构件的位置；控制平台，用于实现如权利要求1至6任一权利要求所述的多机器人移载协同装配方法。
8.一种多机器人移载协同装配装置，其特征在于，包括：第一主模块，用于将若干移动机器人移动到装配区域，采用全局-局部融合模式对所述若干移动机器人进行路径规划；第二主模块，用于采用视觉伺服控制策略调整并联机器人位姿，将夹具上的构件对准并接触；第三主模块，用于若仅调整并联机器人位姿无法得到装配所需位姿，则控制移动机器人进行移动，实现并联机器人和移动机器人的宏微运动复合；第四主模块，用于在构件接触后，采用多机器人装配协同控制策略，对构件进行装配。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口；其中，
所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行权利要求1至6任一项权利要求所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行权利要求1至6中任一项权利要求所述的方法。
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