CN117381802B - 一种分布式多机器人协同控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式多机器人协同控制方法，涉及机器手控制技术领域，包括以下步骤：获取每个机器人的位置和状态，定义每个机器人的动作范围，通过控制系统训练规划每个机器人的协同动作范围，在机器人运动过程中产生冲突时，根据控制系统的优先级进行路径管理和动作时序的协调；其中，步骤一至步骤四所述的控制系统包括：智能设备模块、中央控制模块、协同规划模块、冲突协调模块以及感知反馈模块；通过设置有分析模块，可以根据判断工作物的形状，来选择合适的夹持点，可以在对面不同尺寸的物体时快速自动的找到夹持点，在多组机器手的控制产生干涉时，根据每组机器手的情况判断出调节的优先值，根据优先值的大小来进行调节。

Description

一种分布式多机器人协同控制方法

技术领域

本发明涉及机器手控制技术领域，更具体地说，它涉及一种分布式多机器人协同控制方法。

背景技术

机器手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全；

机器手常用于对各类的工作物进行夹持，在夹持过程中，需要多个机器手协同配合来对工作物进行处理，但是对于异形物的夹持，需要多组机器手进行协同，现有技术中，对于工作物的形状和夹持点依靠视觉对比判断，然后根据异形物的形状构建机器手的运动轨迹来对异形件进行夹持，但是如过夹持的异形件不同，则需要重新构建机器手的运动轨迹，延长了加工时间；

而且在多组机器手协同工作时，不同的机器手之间可能会出现干涉，在出现干涉时则需要工作人员进行调节，大大延长了工作时间。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种分布式多机器人协同控制方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种分布式多机器人协同控制方法，包括以下步骤：

步骤一：获取每个机器人的位置和状态；

步骤二：定义每个机器人的动作范围；

步骤三：通过控制系统训练规划每个机器人的协同动作范围；

步骤四：在机器人运动过程中产生冲突时，根据控制系统的优先级进行路径管理和动作时序的协调；

一种分布式多机器人协同控制系统，适用于上述的一种分布式多机器人协同控制方法，该一种分布式多机器人协同控制系统包括：智能设备模块、中央控制模块、协同规划模块、冲突协调模块以及感知反馈模块；

所述智能设备模块包括机器手单元和驱动所述机器手单元移动和角度调整的驱动单元；

所述感知反馈模块用于获取所述机器手单元的位置信息，并在机器手单元和工作物接触时获取接触面积；

所述中央控制模块用于根据接收的信息获得所述机器手单元的具体动作指令，具体为：

所述中央控制模块包括控制台，所述控制台用于构建三维坐标系，以所述控制台为原点，以所述机器手单元横向移动的方向为X轴，以所述机器手单元纵向移动的方向为Y轴，以所述机器手单元的垂直升降方向为Z轴，获得所述机器手单元的坐标，并标记为(Xa，Ya，Za)；

所述中央控制模块还包括信息采集单元，所述信息采集单元用于获取工作物的位置信息，以所述控制台为原点，获得所述工作物的坐标，并标记为(Xb，Yb，Zb)；

所述中央控制模块接收获得夹持工作物所需的时间，并标记为t；

根据所述机器手单元的坐标(Xa，Ya，Za)和所述工作物的坐标(Xb，Yb，Zb)计算获得所述机器手单元和所述工作物X轴、Y轴和Z轴的距离差，并标记记为s；

根据公式

v＝s/t

计算获得所述机器手单元在X轴、Y轴和Z轴的移动速度v；

根据上述信息通过所述驱动单元对所述机器手单元进行移动；

所述协同规划模块用于生成多组机器手的运动规划和动作序列；

所述冲突协调模块用于在所述机器手单元运动产生冲突时，对所述机器手单元的运动路径进行相应的调整。

进一步的，所述协同规划模块用于生成多组所述机器手单元的运动规划和动作序列，具体为：

根据所述信息采集单元获得所述工作物的形状数据；

获得所述工作物X轴方向的面积、Y轴方向的面积和Z轴方向的面积，识别获得的面积是否为均为方形，如果是，则标记为标准件；

根据获得的面积信息，计算获得方形工作物的高度和宽度，根据工作物的高度和宽度，计算获得工作物上表面四个角落的坐标，确定为夹持点，根据上述四个角落的坐标，选择四个相近的所述机器手单元，通过所述驱动单元调节所述机器手单元的夹持角度至90°，并且移动至所述工作物上表面四个角落进行夹持。

进一步的，如果否，则标记为异形件；

首先根据所述工作物X轴方向的面积、Y轴方向的面积和Z轴方向的面积获取工作物的三维模型；

对三维模型进行表面分析，识别工作物的表面凸起，确定为夹持点，并获得凸起的坐标，选择相近的所述机器手单元，通过所述驱动单元驱动所述机器手单元移动至所述工作物表面的凸起处进行夹持。

进一步的，所述冲突协调模块用于在所述机器手单元运动产生冲突时，对所述机器手单元的运动路径进行相应的调整，具体为：

根据所述机器手单元的坐标和对应的所述夹持点的坐标，获得所述机器手单元移动路径的坐标，将所有调动的所述机器手单元移动路径的坐标进行对比，获得重合的坐标点，并进行标记；

标记路径重合的所述机器手单元；

获取多组所述机器手单元的优先值Pj，按照由大到小的顺序对优先值Pj和对应的所述机器手单元进行排列，控制所述优先值Pj最大的所述机器手单元按照原移动路径移动；

获得所述机器手单元的调节值Kl；

控制优先值最小的所述机器手单元按照调节值Kl调节移动路径。

进一步的，所述机器手单元的优先值Pj的获取方式如下，具体为：

获取得到所述机器手单元和所述工作物的距离，并标记为F；

获取得到所述机器手单元的剩余电量，并标记为G；

获取得到所述机器手单元的总工作时间，并标记为V；

根据公式

Pj＝H1(1/F)+H2G+H3(1/V)

计算获得所述机器手单元的优先值Pj，其中H1、H2和H3为预设比例系数。

进一步的，所述机器手单元的调节值Kl的获取方式如下，具体为：

获取得到优先值Pj最大的所述机器手单元的移动速度，并标记为A；

获取得到优先值Pj最小的所述机器手单元的移动速度，并标记为B；

设定优先值Pj最小的所述机器手单元原来路线所需的时间为N；

根据公式

K1＝B×N-A×N

计算获得所述机器手单元的调节值Kl。

进一步的，所述感知反馈模块还用于在夹持工作物时对夹持力度进行微调，具体为；

预先设定所述机器手单元夹持时和工作物的接触面积，并标记为E；

获取得到工作物的重量，并标记为U；

获取得到工作物表面的摩擦力系数，并标记为f；

根据公式

Q＝U/4f

计算获得所述机器手单元夹持工作物的最低夹持力Q，最低夹持力Q和预先设定的接触面积E具有对应关系；

获得所述机器手单元和工作物的实际接触面积，并标记为Ew，并获得此时机器手单元的实际夹持力为Qw；

根据多次实验的经验得知，Qw和Ew存在较为明显的、强烈的正相关关系，即任意的Qw对应于唯一的Ew，并且当Qw增大时，Ew相应增大；当然，Ew的上限为E；

基于此，采用感知反馈模块检测并判断实际接触面积Ew和预先设定的接触面积E的差值是否为零，如果为零，则说明此时实际夹持力Qw等于或大于最低夹持力Q，可以保持并抓取工作物；

如果不为零，则通过所述驱动单元增大所述机器手单元的实际夹持力Qw，此时实际接触面积Ew逐渐增大，当感知反馈模块检测到实际接触面积Ew与预先设定的接触面积E的差值为零，则此时实际夹持力Qw等于最低夹持力Q，可以稳定抓取工作物。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

通过设置有分析模块，可以根据判断工作物的形状，根据工作物形状的不同，来选择合适的夹持点，可以在对面不同尺寸的物体时快速自动的找到夹持点，减少了工作步骤，在多组机器手的控制产生干涉时，根据每组机器手的情况判断出调节的优先值，根据优先值的大小来进行调节，尽可能的不影响工作的效率。

附图说明

图1为本发明的方法流程图

图2为本发明的系统图。

具体实施方式

参照图1至图2

实施例1

一种分布式多机器人协同控制方法，包括以下步骤：

步骤一：获取每个机器人的位置和状态；

步骤二：定义每个机器人的动作范围；

步骤三：通过控制系统训练规划每个机器人的协同动作范围；

步骤四：在机器人运动过程中产生冲突时，根据控制系统的优先级进行路径管理和动作时序的协调；

一种分布式多机器人协同控制系统，适用于上述的一种分布式多机器人协同控制方法，该一种分布式多机器人协同控制系统包括：智能设备模块、中央控制模块、协同规划模块、冲突协调模块以及感知反馈模块；

智能设备模块包括机器手单元和驱动机器手单元移动和角度调整的驱动单元；

感知反馈模块用于获取机器手单元的位置信息，并在机器手单元和工作物接触时获取接触面积；

中央控制模块用于根据接收的信息向驱动单元发出具体动作指令，具体为：

中央控制模块包括控制台，控制台用于构建三维坐标系，以控制台为原点，以机器手单元横向移动的方向为X轴，以机器手单元纵向移动的方向为Y轴，以机器手单元的垂直升降方向为Z轴，获得机器手单元的坐标，并标记为(Xa，Ya，Za)；

中央控制模块还包括信息采集单元，信息采集单元用于获取工作物的位置信息，获得工作物的坐标并标记为(Xb，Yb，Zb)；

中央控制模块接收获得夹持工作物所需的时间，并标记为t；

根据机器手单元的坐标(Xa，Ya，Za)和工作物的坐标(Xb，Yb，Zb)计算获得机器手单元和工作物的距离差，并标记为s；

根据公式

v＝s/t

计算获得机器手单元在X轴、Y轴和Z轴的移动速度v；

根据上述信息通过驱动单元对机器手单元进行移动；

协同规划模块用于生成多组机器手单元的运动规划和动作序列，具体为：

根据信息采集单元获得工作物的形状数据；

获得工作物X轴方向的面积、Y轴方向的面积和Z轴方向的面积，识别获得的面积是否为均为方形，如果是，则标记为标准件；

根据获得的面积信息，计算获得方形工作物的高度和宽度，根据工作物的高度和宽度，计算获得工作物上表面四个角落的坐标，确定为夹持点，根据上述四个角落的坐标，选择四个相近的机器手单元，通过驱动单元调节机器手单元的夹持角度至90°，并且移动至工作物上表面四个角落进行夹持；

如果否，则标记为异形件；

首先根据工作物X轴方向的面积、Y轴方向的面积和Z轴方向的面积获取工作物的三维模型；

对三维模型进行表面分析，识别工作物的表面凸起，确定为夹持点，并获得凸起的坐标，选择相近的机器手单元，通过驱动单元驱动机器手移动至工作物表面的凸起处进行夹持，可以根据工作物的形状判别获得适合工作物的抓取方法。

实施例2：

在实施例1的基础上，还包括有冲突协调模块，冲突协调模块用于在机器手单元运动产生冲突时，对机器手单元的运动路径进行相应的调整，具体为：

根据机器手单元的坐标和对应的夹持点的坐标，获得机器手单元移动路径的坐标，将所有调动的机器手单元移动路径的坐标进行对比，获得重合的坐标点，并进行标记；

标记路径重合的机器手单元；

获取多组机器手单元的优先值Pj，按照由大到小的顺序对优先值Pj和对应的机器手单元进行排列，控制优先值Pj最大的机器手单元按照原移动路径移动；

获得机器手单元的调节值Kl；

控制优先值最小的机器手单元按照调节值Kl调节移动路径；

机器手单元的优先值Pj的获取方式如下，具体为：

获取得到机器手单元和工作物的距离，并标记为F；

获取得到机器手单元的剩余电量，并标记为G；

获取得到机器手单元的总工作时间，并标记为V；

根据公式

Pj＝H1(1/F)+H2G+H3(1/V)

计算获得机器手单元的优先值Pj，其中H1、H2和H3为预设比例系数，H1、H2和H3为0.2736、0.9273和0.233；

机器手单元的调节值Kl的获取方式如下，具体为：

获取得到优先值Pj最大的机器手单元的移动速度，并标记为A；

获取得到优先值Pj最小的机器手单元的移动速度，并标记为B；

设定优先值Pj最小的机器手单元原来路线所需的时间为N；

根据公式

K1＝B×N-A×N

计算获得机器手单元的调节值Kl。

感知反馈模块还用于在夹持工作物时对夹持力度进行微调，具体为；

预先设定机器手单元夹持时和工作物的接触面积，并标记为E；

获取得到工作物的重量，并标记为U；

获取得到工作物表面的摩擦力系数，并标记为f；

根据公式

Q＝U/4f

计算获得机器手单元夹持工作物的最低夹持力Q，最低夹持力Q和预先设定的接触面积E具有对应关系；

获得机器手单元和工作物的实际接触面积，并标记为Ew，并获得此时机器手单元的实际夹持力为Qw；

根据多次实验的经验得知，Qw和Ew存在较为明显的、强烈的正相关关系，即任意的Qw对应于唯一的Ew，并且当Qw增大时，Ew相应增大；当然，Ew的上限为E；

基于此，采用感知反馈模块检测并判断实际接触面积Ew和预先设定的接触面积E的差值是否为零，如果为零，则说明此时实际夹持力Qw等于或大于最低夹持力Q，可以保持并抓取工作物；

如果不为零，则通过所述驱动单元增大所述机器手单元的实际夹持力Qw，此时实际接触面积Ew逐渐增大，当感知反馈模块检测到实际接触面积Ew与预先设定的接触面积E的差值为零，则此时实际夹持力Qw等于最低夹持力Q，可以稳定抓取工作物；

根据检测的实际接触面积Ew控制机器手单元更换夹持力，可以在机器手夹持工作物是否完整贴合(达到预先设定的接触面积E)，如果没有，则调整机器手的夹持力度，达到对物体的最低夹持力Q。

工作原理：

通过设置有分析模块，可以根据判断工作物的形状，根据工作物形状的不同，来选择合适的夹持点，可以在对面不同尺寸的物体时快速自动的找到夹持点，减少了工作步骤，在多组机器手的控制产生干涉时，根据每组机器手的情况判断出调节的优先值，根据优先值的大小来进行调节，尽可能的不影响工作的效率。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本模板的保护范围。

Claims (4)

1.一种分布式多机器人协同控制方法，应用于一种分布式多机器人协同控制系统中，其特征在于，所述一种分布式多机器人协同控制系统包括：智能设备模块、中央控制模块、协同规划模块、冲突协调模块以及感知反馈模块；

所述智能设备模块包括机器手单元和驱动所述机器手单元移动和角度调整的驱动单元；

所述感知反馈模块用于获取所述机器手单元的位置信息，并在机器手单元和工作物接触时获取接触面积；

所述中央控制模块用于根据接收的信息向驱动单元发出具体动作指令，具体为：

所述中央控制模块包括控制台，所述控制台用于构建三维坐标系，以所述控制台为原点，以所述机器手单元横向移动的方向为X轴，以所述机器手单元纵向移动的方向为Y轴，以所述机器手单元的垂直升降方向为Z轴，获得所述机器手单元的坐标，并标记为(Xa，Ya，Za)；

所述中央控制模块还包括信息采集单元，所述信息采集单元用于获取工作物的位置信息，以所述控制台为原点，获得所述工作物的坐标，并标记为(Xb，Yb，Zb)；

所述中央控制模块接收获得夹持工作物所需的时间，并标记为t；

根据所述机器手单元的坐标(Xa，Ya，Za)和所述工作物的坐标(Xb，Yb，Zb)计算获得所述机器手单元和所述工作物X轴、Y轴和Z轴的距离差，并标记为s；

根据公式

v＝s/t

计算获得所述机器手单元在X轴、Y轴和Z轴的移动速度v；

根据上述信息通过所述驱动单元对所述机器手单元进行移动；

所述协同规划模块用于生成多组机器手的运动规划和动作序列；

所述冲突协调模块用于在所述机器手单元运动产生冲突时，对所述机器手单元的运动路径进行相应的调整；

所述协同规划模块用于生成多组所述机器手单元的运动规划和动作序列，具体为：

根据所述信息采集单元获得所述工作物的形状数据；

获得所述工作物X轴方向的面积、Y轴方向的面积和Z轴方向的面积，识别获得的面积是否为均为方形，如果是，则标记为标准件；

根据获得的面积信息，计算获得方形工作物的高度和宽度，根据工作物的高度和宽度，计算获得工作物上表面四个角落的坐标，确定为夹持点，根据上述四个角落的坐标，选择四个相近的所述机器手单元，通过所述驱动单元调节所述机器手单元的夹持角度至90°，并且移动至所述工作物上表面四个角落进行夹持；

如果否，则标记为异形件；

首先根据所述工作物X轴方向的面积、Y轴方向的面积和Z轴方向的面积获取工作物的三维模型；

对三维模型进行表面分析，识别工作物的表面凸起，确定为夹持点，并获得凸起的坐标，选择相近的所述机器手单元，通过所述驱动单元驱动所述机器手单元移动至所述工作物表面的凸起处进行夹持；

一种分布式多机器人协同控制方法，包括以下步骤：

步骤一：获取每个机器人的位置和状态；

步骤二：定义每个机器人的动作范围；

步骤三：通过控制系统训练规划每个机器人的协同动作范围；

步骤四：在当多个机器人运动过程中产生冲突时，基于根据控制系统的优先级进行路径管理和动作时序的协调；

所述感知反馈模块还用于在夹持工作物时对夹持力度进行微调，具体为；

预先设定所述机器手单元夹持时和工作物的接触面积，并标记为E；

获取得到工作物的重量，并标记为U；

获取得到工作物表面的摩擦力系数，并标记为f；

根据公式

Q＝U/4f

计算获得所述机器手单元夹持工作物的最低夹持力Q，最低夹持力Q和预先设定的接触面积E具有对应关系；

获得所述机器手单元和工作物的实际接触面积，并标记为Ew，并获得此时机器手单元的实际夹持力为Qw；

根据多次实验的经验得知，Qw和Ew存在较为明显的、强烈的正相关关系，即任意的Qw对应于唯一的Ew，并且当Qw增大时，Ew相应增大；当然，Ew的上限为E；

基于此，采用感知反馈模块检测并判断实际接触面积Ew和预先设定的接触面积E的差值是否为零，如果为零，则说明此时实际夹持力Qw等于或大于最低夹持力Q，可以保持并抓取工作物；

如果不为零，则通过所述驱动单元增大所述机器手单元的实际夹持力Qw，此时实际接触面积Ew逐渐增大，当感知反馈模块检测到实际接触面积Ew与预先设定的接触面积E的差值不为零，则此时实际夹持力Qw等于最低夹持力Q，可以稳定抓取工作物。

2.根据权利要求1所述的一种分布式多机器人协同控制方法，其特征在于，所述冲突协调模块用于在所述机器手单元运动产生冲突时，对所述机器手单元的运动路径进行相应的调整，具体为：

根据所述机器手单元的坐标和对应的所述夹持点的坐标，获得所述机器手单元移动路径的坐标，将所有调动的所述机器手单元移动路径的坐标进行对比，获得重合的坐标点，并进行标记；

标记路径重合的所述机器手单元；

获取多组所述机器手单元的优先值Pj，按照由大到小的顺序对优先值Pj和对应的所述机器手单元进行排列，控制所述优先值Pj最大的所述机器手单元按照原移动路径移动；

获得所述机器手单元的调节值Kl；

控制优先值Pj最小的所述机器手单元按照调节值Kl调节移动路径。

3.根据权利要求2所述的一种分布式多机器人协同控制方法，其特征在于，所述机器手单元的优先值Pj的获取方式如下，具体为：

获取得到所述机器手单元和所述工作物的距离，并标记为F；

获取得到所述机器手单元的剩余电量，并标记为G；

获取得到所述机器手单元的总工作时间，并标记为V；

根据公式

Pj＝H1(1/F)+H2G+H3(1/V)

计算获得所述机器手单元的优先值Pj，其中H1、H2和H3为预设比例系数。

4.根据权利要求3所述的一种分布式多机器人协同控制方法，其特征在于，所述机器手单元的调节值Kl的获取方式如下，具体为：

获取得到优先值Pj最大的所述机器手单元的移动速度，并标记为A；

获取得到优先值Pj最小的所述机器手单元的移动速度，并标记为B；

设定优先值Pj最小的所述机器手单元原来路线所需的时间为N；

根据公式

K1＝B×N-A×N计算获得所述机器手单元的调节值Kl。