DE69209138T2

DE69209138T2 - Steuerungsmethode für ein System mit mobilen Robotern

Info

Publication number: DE69209138T2
Application number: DE69209138T
Authority: DE
Inventors: Masanori Onishi
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1991-05-10
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2012-05-12
Also published as: US5329450A; JPH0573142A; JP2884816B2; DE69209138D1; EP0512866A1; KR100189680B1; KR920021267A; EP0512866B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung von mobilen Robotersystemen bei welchen ein Steuerstand sowie mehrere mobile Roboter zum Einsatz gelangen.
Die jüngsten Entwicklungen im Bereich der Automatisierungstechnik für Fabriken bieten mobile Robotersysteme an, bei welchen ein Steuerstand sowie mehrere mobile Roboter zum Einsatz kommen, mobile Roboter von welchen ein jeder entsprechend einem von dem Steuerstand gegebenen Befehl hin- und herfährt und eine Aufgabe verrichtet. Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die funktionelle Anordnung dieser Art eines mobilen Robotersystems darlegt. In Fig. 2 bezeichnet C den Steuerstand und R1 bis Rn bezeichnen die mobilen Roboter. Der Steuerstand C und ein jeder der mobilen Roboter R1 bis Rn kommunizieren über den Weg einer Drahtverbindung oder einer Funkverbindung miteinander. Die Befehle werden dem Steuerstand C von einem Hostrechner UC oder yon einem Bediener OP gegeben. Diese Befehle können dem Steuerstand C sequentiell in kurzen Zeitintervallen, welche kürzer sind als die von den mobilen Robotern zur Verrichtung der Arbeiten benötigte Betriebszeit, geliefert werden. Daher werden die Befehle in dem Steuerstand C gestapelt, Wenn ein mobiler Roboter Rk vorhanden ist, welcher keine Aufgabe hat, dann wird der älteste unter den gestapelten Befehlen ausgewählt und an den mobilen Roboter Rk übermittelt. Der Roboter beginnt daraufhin die durch den Befehl bestimmte Aufgabe auszuführen. Wenn mehrere mobile Roboter, wovon ein jeder keine Aufgabe hat, gleichzeitig in dem System vorkommen, dann befiehlt der Steuerstand C den mobilen Robotern die beste Verfahrstrecke zu bestimmen und den Weg zu beurteilen. Ein jeder Roboter sucht dann nach den möglichen Verfahrstrecken, über welche sich der mobile Roboter zu dem Arbeitspunkt hin bewegen kann, wo die Aufgabe auszuführen ist; auch wählt er die beste Verfahrstrecke aus, welcher der größte Vorrang einzuräumen ist, zum Beispiel, die mögliche Verfahrstrecke welche den kürzesten Weg aufweist, oder die mögliche Verfahrstrecke welche den geringsten Leistungsverlust des Roboters zur Folge hat. Jeder Roboter berechnet desweiteren die Verluste, die erzeugt werden wenn der Roboter sich über die beste Verfahrstrecke bewegt und er bestimmt den auf den berechneten Ergebnissen basierenden Bewertungsbetrag. Das von jedem Roboter erzielte Bewertungsergebnis wird dem Steuerstand C übermittelt. Der Steuerstand C wählt einen der Roboter, welcher den als ersten vorzuziehenden Bewertungsbetrag übermittelt.
In dem obengenannten System kann die Betriebsleistung des Systems jedoch des öfteren niedrig liegen, dies aufgrund der obengenannten Befehlsauswahl. bei welcher die Befehle entsprechend der Folge der Befehle ausgewählt werden und der ältere Befehl früher ausgewählt wird. Zum Beispiel, nehmen wir an, es tritt der folgende Fall ein:
(1) mobile Roboter R1 bis R3, die keine Aufgabe haben, warten in dem System wie es in Fig. 3 gezeigt wird auf Befehle;
(2) die Befehle, die den Aufgaben W1 und W2 entsprechenden, welche an den Punkten, die in Fig. 3 beziehungsweise mit "W1" und "W2" angegeben sind, durchgeführt werden sollen, sind gestapelt;
(3) der Befehl bezüglich der Aufgabe W1 ist älter als der Befehl bezüglich der Aufgabe W2.
In diesem Fall gibt der Steuerstand C den mobilen Robotern R1 bis R3 den Befehl die beste Verfahrstrecke zu bestimmen und den Weg für die Erledigung der Arbeit W1 zu beurteilen, denn der Befehl bezüglich der Aufgabe W1 ist älter als der Befehl bezüglich der Aufgabe W2. Wenn die Bewertungsbeträge von mobilen Robotern R1 bis R3 an den Steuerstand C übertragen werden, gibt der Steuerstand dann den Befehl bezüglich der Aufgabe W1 weiter an einen der Roboter, welcher den besten Bewertungsbetrag aufweist. Auf diese Weise wird die Aufgabe W1 vor der Aufgabe W2 ausgeführt. Jedoch sollte in dem in Fig. 3 gezeigten Fall die Aufgabe W2 vor der Aufgabe W1 durchgeführt werden, weil alle mobilen Roboter R1 bis R3 näher an dem Arbeitspunkt der Aufgabe W2 sind als an dem Arbeitspunkt der Aufgabe W1.
Die Veröffentlichung JP-A-62 032 519 (Shinko Elektric) enthüllt ein Verfahren zum Suchen einer optimalen Strecke durch parallele Bearbeitung in jedem mobilen Roboter. Wenn ein Arbeitsgesuch an irgendeinem Arbeitspunkt erzeugt wird, so wird es an eine zentrale Station übermittelt, welche die mobilen Roboter anweist nach einer optimalen Strecke zu suchen. Ein Zentralrechner eines mobilen Roboters, dem die Suche aufgetragen worden ist, sucht nach einer Strecke, die sich ausgehend von einem Ausgangsarbeitspunkt (nämlich seiner eigenen augenblicklichen Position) hin zu einem Zielarbeitspunkt erstreckt, dies durch ein senkrecht suchendes Verfahren oder durch ein waagerecht suchendes Verfahren, und es überträgt die Strecke auf die zentrale Station. Die zentrale Station vergleicht dann die Bewertungsbeträge, die von jedem mobilen Roboter erhalten werden, und sie sendet einen Befehl zur Fortbewegung an den mobilen Roboter der den besten Bewertungsbetrag übermittelt hatte.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht des Obengesagten, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Steuerverfahren für ein mobiles Robotersystem zu liefern, welches die Betriebswirksamkeit des Systems verbessert.
Demzufolge sorgt die vorliegende Erfindung für ein Verfahren zur Steuerung eines mobilen Robotersystems, welches einen Steuerstand (C) und mehrere mobile Roboter (R1-Rn) umfaßt, welch letztere sich so wie es von dem Steuerstand befohlen wird hin zu Arbeitspunkten (W1-Wn) bewegen und Aufgaben ausführen, die von dem Steuerstand für diese Arbeitspunkte befohlen werden, wobei das Steuerverfahren durch die folgenden Stufen gekennzeichnet ist:
a) Speichern der Aufgaben welche den mobilen Robotern (R1-Rn) zugeteilt werden sollen;
b) Befehl an die mobilen Roboter (R1-Rn) in dem System, denen keine Aufgaben zugeteilt sind, die gespeicherten nicht zugeteilten Aufgaben zu bewerten. System in welchem jeder nicht zugeteilte mobile Roboter jede nicht zugeteilte Aufgabe beurteilt, durch:
i) Bestimmung der besten Verfahrstrecke für das Verfahren zu den jeweiligen Arbeitspunkten (W1-Wn), an welchen jede nicht zugeteilte Aufgabe ausgeführt werden soll; und
ii) Bildung eines Bewertungsbetrages für jede nicht zugeteilte Aufgabe in Abhängigkeit von der besten Verfahrstrecke hierfür;
c) Schaffung einer Bewertungstabelle (Figur 1), welche die von den nicht zugeteilten mobilen Robotern (R1-Rn) erzeugten Bewertungsbeträge enthält;
d) Auswahl des optimalen Bewertungsbetrages aus der Tabelle (Fig. 1), Bestimmung des mobilen Roboters (R1-Rn) und der zugeordneten Aufgabe mit dem optimalen Wert, und Einsatz des gewählten mobilen Roboters für die ausgewählte Aufgabe;
e) Entfernung aus der Tabelle (Fig. 1) von allen mit dem gewählten mobilen Roboter (R1-Rn) verbundenen Bewertungsbeträgen und von allen mit der gewählten Aufgabe verbundenen Bewertungsbeträgen; und
f) Wiederholung der Schritte (d) und (e).

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend bis in weitergehende Einzelheiten beschrieben, dies über den Weg eines Beispieles und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denselben ist:
Fig. 1, ein Blockdiagramm, das die Bewertungstabelle zeigt, welche für das Steuerverfahren bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2, ein Blockdiagramm, das die Anordnung des konventionellen mobilen Robotersystems zeigt;
Fig. 3, ein Diagramm zur Beschreibung des Problems des konventionellen Steuerverfahrens für das mobile Robotersystem.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELES

Es folgt die Beschreibung eines Steuerverfahrens für ein mobiles Robotersystem gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nehmen wir an, es tritt der nachfolgende Fall ein:
(1) mobile Roboter R1 bis R3, welche keine Aufgabe haben, warten auf Befehle in dem System wie es in Fig. 3 dargestellt ist;
(2) die Befehle, die den Aufgaben W1 bis W3 entsprechen, welche an den in Fig. 3 mit beziehungsweise "W1 " bis " W3" bezeichneten Punkten ausgeführt werden sollen, sind gestapelt;
(3) die Befehle bezüglich der Aufgaben W1 bis W3 werden in der Reihenfolge W1, W2 und W3 generiert.
Bei dem Verfahren gemäß der bevorzugten Ausführungsform gibt der Steuerstand C die folgenden Befehle an die mobilen Roboter R1 bis R3:
a) bestimmen sie die besten Verfahrstrecken zur Fortbewegung zu den Arbeitspunkten, an welchen die Aufgaben W1 bis W3 erledigt werden sollen, dies ausgehend von dem Punkt an welchem der entsprechende Roboter sich in Ruhestellung befindet;
b) beurteilen sie die besten Verfahrstrecken welche den Aufgabe W1 bis W3 entsprechen.
Die mobilen Roboter R1 bis R3 bestimmen die besten Verfahrstrecken indem sie sich auf einen vorherbestimmten Algorithmus stützen und sie beurteilen die besten Verfahrstrecken auf der Basis einer vorherbestimmten Bewertungsfunktion in Abhängigkeit der Befehle aus dem Steuerstand C. Es werden herkömmliche Algorithmen und Bewertungsfunktionen für die Bestimmung der besten Verfahrstrecke und deren Bewertung verwendet. Solche konventionelle Techniken sind der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 62-32516 oder in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 62-32517 bekanntgemacht worden.
Die mobilen Roboter R1 bis R3 leiten die den Aufgaben W1 bis W3 entsprechenden Bewertungsbeträge an den Steuerstand C weiter. In dem Fall wo der Bewertungsbetrag für die beste Verfahrstrecke zwischen der Position des mobilen Roboters R1 und den Arbeitspunkten für die Aufgaben W1, W2 und W3 beziehungsweise 1,5 und 0,5 sowie 3,2 beträgt, werden diese Werte 1,5 und 0,5 sowie 3,2 von dem mobilen Roboter R1 an den Steuerstand C weitergeleitet. Auf ähnliche Weise werden die von den anderen mobilen Robotern berechneten Bewertungsbeträge an den Steuerstand C gesandt. Der Steuerstand C stellt dann die Bewertungstabelle auf. Diese beinhaltet die den Kombinationen der mobilen Roboter R1 bis R3 und den Aufgaben W1 bis W3 entsprechenden Bewertungsbeträge. Fig. 1 zeigt das Beispiel der Bewertungstabelle. In diesem Beispiel zeigt die Kombination des mobilen Roboters R1 und der Aufgabe W2 den besten Bewertungsbetrag von 0,5 unter allen Bewertungsbeträgen in der Tabelle. Dementsprechend entscheidet der Steuerstand C, daß die Aufgabe W2 dem mobilen Roboter R1 zugeteilt werden soll. Als nächstes löscht der Steuerstand C die dem mobilen Roboter R1 und der Aufgabe W2 entsprechenden Bewertungsbeträge, das heißt die Bewertungsbeträge für die Kombination von R1 und W1, und für die Kombination von R1 und W2, und für die Kombination von R1 und W3, und für die Kombination von R2 und W2, sowie für die Kombination von R3 und W2. Nach dem Löschen wählt der Steuerstand C eine der Kombinationen aus, welche den besten Bewertungsbetrag unter den verbleibenden Kombinationen aufweist. In dem vorliegenden Fall weist die Kombination von R3 und W1 den besten Bewertungsbetrag von 0,7 auf. Dementsprechend entscheidet der Steuerstand, daß die Aufgabe W1 dem mobilen Roboter R3 zugeteilt werden soll. Als nächstes entscheidet der Steuerstand, daß die verbleibenden Aufgabe W3 dem verbleibenden mobilen Roboter R2 zugeteilt werden soll. Auf diese Weise werden die Aufgaben den mobilen Robotern zugeteilt. Der Steuerstand C gibt dann die Befehle bezüglich beziehungsweise der Aufgaben W2, W1 und W3 gleichzeitig an die mobilen Roboter R1, R3 und R2 weiter. Die mobilen Roboter beginnen alsdann sich hin und her zu bewegen, um die angewiesenen Aufgaben auszuführen.
Durch Einsatz des Verfahrens können die dem mobilen Robotersystem gegebenen Aufgaben aus den nachfolgenden Gründen mit einer hohen Wirksamkeit ausgeführt werden:
(1) die Aufgaben werden den mobilen Robotern zugeteilt unter Berücksichtigung von allen mobilen Roboter die keine Aufgabe haben, sowie von allen verbleibenden Aufgaben. Dementsprechend wird eine hohe Betriebswirksamkeit von dem mobilen Robotersystem erzielt;
(2) die mobilen Roboter führen die Suchoperation für die Bestimmung der besten Verfahrstrecke und die Bewertung des Weges gleichzeitig aus. Dementsprechend werden alle Bewertungsbeträge, welche dafür verwendet werden um den Robotern die Aufgaben zuzuteilen, in einer kurzen Zeitspanne erzielt;
(3) der Steuerstand teilt den mobilen Robotern die Aufgaben zu indem er sich nur auf die von den mobilen Robotern erhaltenen Bewertungsbeträge basiert. Dementsprechend wird das Zuteilen in einer kurzen Zeit vollzogen.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines mobilen Robotersystems, welches einen Steuerstand (C) und mehrere mobile Roboter (R1-Rn) umfaßt, welch letztere sich, so wie es von dem Steuerstand befohlen wird, hin zu Arbeitspunkten (W1-Wn) bewegen und Aufgaben ausführen, die von dem Steuerstand für diese Arbeitspunkte befohlen werden, wobei das Steuerverfahren durch die folgenden Stufen gekennzeichnet ist:

a) Speichern der Aufgaben welche den mobilen Robotern (R1-Rn) zugeteilt werden sollen;

b) Befehl an die mobilen Roboter (R1-Rn) in dem System, denen keine Aufgaben zugeteilt sind, die gespeicherten nicht zugeteilten Aufgaben zu bewerten, System in welchem jeder nicht zugeteilte mobile Roboter jede nicht zugeteilte Aufgabe beurteilt durch:

i) Bestimmung der besten Verfahrstrecke für das Verfahren zu den jeweiligen Arbeitspunkten, an welchen jede nicht zugeteilte Aufgabe ausgeführt werden soll; und

ii) Bildung eines, Bewertungsbetrages für jede nicht zugeteilte Aufgabe in Abhängigkeit von der besten Verfahrstrecke hierfür;

c) Schaffung einer Bewertungstabelle (Figur 1), welche die von den besagten nicht zugeteilten mobilen Robotern (R1-Rn) erzeugten Bewertungsbeträge enthält;

d) Auswahl des optimalen Bewertungsbetrages aus der Tabelle (Fig. 1), Bestimmung des mobilen Roboters (R1-Rn) und der zugeordneten Aufgabe mit dem besagten optimalen Wert sowie der Einsatz des gewählten mobilen Roboters für die aüsgewählte Aufgabe;

e) Entfernung aus der Tabelle (Fig. 1) von allen mit dem gewählten mobilen Roboter (R1-Rn) verbundenen Bewertungsbeträgen und von allen mit der gewählten Aufgabe verbundenen Bewertungsbeträgen; und

f) Wiederholung der Schritte (d) und (e).

2. Verfahren wie unter Anspruch 1 beansprucht, in welchem die mobilen Roboter (R1-Rn) gleichzeitig angewiesen werden die ihnen zugeteilten Aufgaben auszuführen.