CN115946118B - 一种多机器人同时与一个外部工装协同方法、介质及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多机器人同时与一个外部工装协同方法、介质及系统，该方法包括：主机器人在外部工装上建立用户坐标系，建立起主机器人与外部工装的联系；主机器人和从机器人均具有与世界坐标系的转化关系，基坐标系和用户坐标系分别与世界坐标系有联系，计算得到基坐标系与用户坐标系之间的变换关系。主机器人、从机器人和外部工装分别在用户坐标系下建立运动轨迹，主机器人根据运动轨迹规划计算出下一个插补周期外部工装的关节变化量，从而得到变化后的用户坐标系，从机器人根据变化后用户坐标系和世界坐标系计算得到从机器人末端下一个插补周期在世界坐标系下的点位信息。本发明使多台机器人可以同时与同一工装协同工作，增加了工作效率。

Description

一种多机器人同时与一个外部工装协同方法、介质及系统
技术领域
本发明涉及焊接机器人技术领域，尤其涉及一种多机器人同时与一个外部工装协同方法、介质及系统。
背景技术
随着科技的发展，工业机器人的应用场景越来越多，越来越复杂。在一些应用中出现了多台机器人与同一外部轴协同的方案。如一个工件摆在外部工装，工件两端分别由两台机器人同时焊接。外部工装与机器人协同工作时，外部工装由机器人控制运动，在此应用中就产生了一个问题：两台机器人同时与一个外部工装协同工作，外部工装由哪一台机器人来控制。目前机器人焊接领域多为机器人单独施焊，一个外部工装与多台机器人协同鲜有报道，因此有必要设计一种多机器人同时与一个外部工装协同方法，以提高生产效率。
发明内容
本发明提供了一种多机器人同时与一个外部工装协同方法、介质及系统，以打破在一台控制器中，一台机器人只能与一台工装协同的限制，使多台机器人可以同时与同一工装协同工作，增加工作效率，降低工厂成本。
本发明采用的技术方案是：提供一种多机器人同时与一个外部工装协同方法，包括：
S1：同一控制器控制多台机器人和外部工装，机器人包括一个主机器人和至少一个从机器人；主机器人控制外部工装的轨迹动作，主机器人在外部工装上建立用户坐标系；建立用户坐标系和世界坐标系之间的联系；建立主机器人基坐标系与世界坐标系的联系；建立从机器人基坐标系与世界坐标系的联系；
S2：对主机器人、从机器人、外部工装分别在用户坐标系下建立运动轨迹；将其分解为若干个插补周期；主机器人和从机器人的运动轨迹中含有外部工装的轨迹点位信息；
S3：计算主机器人一个插补周期后其基坐标系下的末端位姿，反解得到关节值；发送关节值到伺服控制系统；
S4：根据一个插补周期后计算得到的新用户坐标系，再计算从机器人一个插补周期后其基坐标系下的末端位姿，反解得到关节值；发送关节值到伺服控制系统；
S5：重复S3和S4的插补过程，直至插补结束。
在一些实施例中，所述S1中，主机器人在外部工装上建立用户坐标系的方法包括：
在外部工装选定一标记点，转动外部工装的角度，记录一次主机器人末端在该标记点的点位信息；多次转动外部工装的角度，获得多个点位信息；进而计算出主机器人基坐标系下的用户坐标系。
在一些实施例中，所述S1中，建立用户坐标系和世界坐标系之间的联系的方法包括：
根据用户坐标系在主机器人基坐标系下的转化矩阵，计算用户坐标系和世界坐标系之间的转化矩阵，确定用户坐标系在世界坐标系下的位置。
在一些实施例中，所述S3包括：
S3.1：计算一个插补周期后世界坐标系中的用户坐标系；
S3.2：计算一个插补周期主机器人末端在用户坐标系中的位姿；
S3.3：根据S3.1和S3.2计算主机器人末端在世界坐标系的位姿；
S3.4：计算主机器人基坐标系与世界坐标系的矩阵转化关系，计算出主机器人在其基坐标系下的末端位姿；反解得到关节值。
在一些实施例中，所述S4包括：
S4.1：计算一个插补周期从机器人末端在用户坐标系中的位姿；
S4.2：获取一个插补周期后世界坐标系中的用户坐标系；
S4.3：根据S4.1和S4.2计算从机器人末端在世界坐标系的位姿；
S4.4：计算从机器人基坐标系与世界坐标系的矩阵转化关系，计算出从机器人在其基坐标系下的末端位姿；反解得到关节值。
本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被控制器的处理器执行时，使控制器执行上述的协同方法。
本发明还提供一种多机器人同时与一个外部工装协同系统，所述系统包括一个控制器，多个机器人、一个外部工装以及现场总线，所述控制器通过现场总线与所述多个机器人和一个外部工装相连以执行上述的协同方法。
本发明的有益效果是：本发明基于一台控制器控制多机器人和外部工装的目的，提供了一种简易的控制方法来实现该目的；简易的控制方法不仅缩短了开发时间，同时也能提高系统运行效率，有效的提高机器人的控制节拍；基于复杂系统易出现故障，简易的控制系统无疑会减少出现故障的可能，在实际的测试过程中，耐压实验的结果显示该方法测试耐压性好，能通过所有的测试用例。传统的方法是多控制器中，一台机器人只能与一台工装协同，若需要多机器人与外部工装协同时，在硬件上会有多套控制器，布线增加，会增大硬件成本；若采用多套控制器，无疑无法采用本申请所述这一简易逻辑运算的协同方法，必然需要涉及一套复杂的协同方法才能实现协同控制的目的。通过使用同一控制器实现使多台机器人可以同时与同一工装协同工作的目的，增加工作效率，降低工厂成本。
附图说明
图1为本发明公开的多机器人同时与一个外部工装协同方法的流程示意图；
图2为本发明公开的一种计算机存储介质的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
参见图1，本实施例公开一种多机器人同时与一个外部工装协同方法，本方法以两个机器人与一个外部工装(包括如可是工件、工装夹具等的一类可翻转和回转的轴，如翻转台、回转台)协同为例进行说明。本申请将外部工装称作E，外部工装用于放置工器件，多台工业机器人对工器件进行作业。工业机器人分为主机器人和从机器人，分别对应称作为MR1(main-robot),SR1(sub-robot)。MR1作为主机器人，由它来控制工装E。机器人SR1作为从动端，它监视E的动作，并根据E的动作做出反应，进行工作。
该协同方法具体包括如下步骤：
S1：同一控制器控制多台机器人和外部工装，机器人包括一个主机器人和至少一个从机器人；主机器人控制外部工装的轨迹动作，主机器人在外部工装上建立用户坐标系；建立用户坐标系和世界坐标系之间的联系；建立主机器人基坐标系与世界坐标系的联系；建立从机器人基坐标系与世界坐标系的联系。
S2：对主机器人、从机器人、外部工装分别在用户坐标系下建立运动轨迹；将其分解为若干个插补周期；主机器人和从机器人的运动轨迹中含有外部工装的轨迹点位信息。
示例：以建立一条“直线”轨迹为例，在主机器人(MR1)轨迹规划程序、从机器人(SR1)轨迹规划程序的点位均记录有外部工件的点位信息。程序MR1,SR1中均使用同一用户坐标系。
程序MR1第一点M-StartPt,程序SR1第一点S-StartPt，使用用户坐标系且坐标点位表示在用户坐标系下，两个点位M-StartPt,S-StartPt中包含工件E的点位相同。程序MR1第二点M-TarPt,程序SR1第二点S-TarPt，两点中包含的工件E的点位相同，且两个点位均表达在用户坐标系U1下。
S3：计算主机器人一个插补周期后其基坐标系下的末端位姿，反解得到关节值；发送关节值到伺服控制系统。
S4：根据一个插补周期后计算得到的新用户坐标系，再计算从机器人一个插补周期后其基坐标系下的末端位姿，反解得到关节值；发送关节值到伺服控制系统。
S5：重复S3和S4的插补过程，直至插补结束。
具体的，所述S1中，主机器人在外部工装上建立用户坐标系的方法包括：
在外部工装选定一标记点，转动外部工装的角度，记录一次主机器人末端在该标记点的点位信息；多次转动外部工装的角度，获得多个点位信息；进而计算出主机器人基坐标系下的用户坐标系。
所述S1中，建立用户坐标系和世界坐标系之间的联系的方法包括：
根据用户坐标系在主机器人基坐标系下的转化矩阵，计算用户坐标系和世界坐标系之间的转化矩阵，确定用户坐标系在世界坐标系下的位置。
具体的，所述S3包括：
S3.1：计算一个插补周期后世界坐标系中的用户坐标系；
S3.2：计算一个插补周期主机器人末端在用户坐标系中的位姿；
S3.3：根据S3.1和S3.2计算主机器人末端在世界坐标系的位姿；
S3.4：计算主机器人基坐标系与世界坐标系的矩阵转化关系，计算出主机器人在其基坐标系下的末端位姿；反解得到关节值。
具体的，所述S4包括：
S4.1：计算一个插补周期从机器人末端在用户坐标系中的位姿；
S4.2：获取一个插补周期后世界坐标系中的用户坐标系；
S4.3：根据S4.1和S4.2计算从机器人末端在世界坐标系的位姿；
S4.4：计算从机器人基坐标系与世界坐标系的矩阵转化关系，计算出从机器人在其基坐标系下的末端位姿；反解得到关节值。
本申请中，主机器人在外部工装上建立用户坐标系，从而建立起主机器人与外部工装的联系；同时，主机器人和从机器人均具有与世界坐标系的转化关系，基坐标系和用户坐标系分别与世界坐标系有联系，进而计算得到基坐标系与用户坐标系之间的变换关系。
主机器人、从机器人和外部工装分别在用户坐标系下建立运动轨迹，主机器人根据运动轨迹规划计算出下一个插补周期外部工装的关节变化量，从而得到变化后的用户坐标系，从机器人根据变化后用户坐标系和世界坐标系计算得到从机器人末端下一个插补周期在世界坐标系下的点位信息。
本发明解决了多控制器控制多机器人需要复杂的通信和复杂的布线问题以及成本问题。本申请不需要增加额外的线缆，通过编程即可实现多机器人协同运动，增加了效率，大幅节约了成本。
如图2，本发明实施例还相应的提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被控制器的处理器执行时，使控制器执行上述实施例所述的协同方法。
本发明实施例还相应的提供一种多机器人同时与一个外部工装协同系统，所述系统包括一个控制器，多个机器人、一个外部工装以及现场总线，所述控制器通过现场总线与所述多个机器人和一个外部工装相连以执行上述实施例所述的协同方法。
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 (5)

1.一种多机器人同时与一个外部工装协同方法，其特征在于，包括：
S1：同一控制器控制多台机器人和外部工装，机器人包括一个主机器人和至少一个从机器人；主机器人控制外部工装的轨迹动作，主机器人在外部工装上建立用户坐标系；建立用户坐标系和世界坐标系之间的联系；建立主机器人基坐标系与世界坐标系的联系；建立从机器人基坐标系与世界坐标系的联系；
S2：对主机器人、从机器人、外部工装分别在用户坐标系下建立运动轨迹；将其分解为若干个插补周期；主机器人和从机器人的运动轨迹中含有外部工装的轨迹点位信息；
S3：计算主机器人一个插补周期后其基坐标系下的末端位姿，反解得到关节值；发送关节值到伺服控制系统；
所述S3包括：
S3.1：计算一个插补周期后世界坐标系中的用户坐标系；
S3.2：计算一个插补周期主机器人末端在用户坐标系中的位姿；
S3.3：根据S3.1和S3.2计算主机器人末端在世界坐标系的位姿；
S3.4：计算主机器人基坐标系与世界坐标系的矩阵转化关系，计算出主机器人在其基坐标系下的末端位姿；反解得到关节值；
S4：根据一个插补周期后计算得到的新用户坐标系，再计算从机器人一个插补周期后其基坐标系下的末端位姿，反解得到关节值；发送关节值到伺服控制系统；
所述S4包括：
S4.1：计算一个插补周期从机器人末端在用户坐标系中的位姿；
S4.2：获取一个插补周期后世界坐标系中的用户坐标系；
S4.3：根据S4.1和S4.2计算从机器人末端在世界坐标系的位姿；
S4.4：计算从机器人基坐标系与世界坐标系的矩阵转化关系，计算出从机器人在其基坐标系下的末端位姿；反解得到关节值；
S5：重复S3和S4的插补过程，直至插补结束。
2.根据权利要求1所述的多机器人同时与一个外部工装协同方法，其特征在于，所述S1中，主机器人在外部工装上建立用户坐标系的方法包括：
在外部工装选定一标记点，转动外部工装的角度，记录一次主机器人末端在该标记点的点位信息；多次转动外部工装的角度，获得多个点位信息；进而计算出主机器人基坐标系下的用户坐标系。
3.根据权利要求2所述的多机器人同时与一个外部工装协同方法，其特征在于，所述S1中，建立用户坐标系和世界坐标系之间的联系的方法包括：
根据用户坐标系在主机器人基坐标系下的转化矩阵，计算用户坐标系和世界坐标系之间的转化矩阵，确定用户坐标系在世界坐标系下的位置。
4.一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被控制器的处理器执行时，使控制器执行如权利要求1-3中任意一项所述的协同方法。
5.一种多机器人同时与一个外部工装协同系统，其特征在于，所述系统包括一个控制器，多个机器人、一个外部工装以及现场总线，所述控制器通过现场总线与所述多个机器人和一个外部工装相连以执行如权利要求1-3中任意一项所述的协同方法。
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