[發明專利]一種基于雙層CPG的多工業機械臂控制器

有效

• 申請號: 201410319909.3
• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104097208A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 王科平;馮華山;王潤孝;秦現生;譚小群;董文豪;李勇政
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B25J13/00
• 分類號: B25J13/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明屬于自動控制技術領域，具體地說,涉及一種基于雙層CPG的多工業機械臂控制器。

背景技術

中樞模式發生器(Central?Pattern?Generator,CPG)是一類存在于無脊椎動物和脊椎動物的中樞神經系統中的神經元網路，它能在沒有節律性控制或者反饋輸入情況下產生有節律的行為，如行走，游泳等。無脊椎動物運動由神經節控制，脊椎動物運動由中樞神經系統控制，最新研究表明，動物神經節和中樞神經系統具有分層特性，可分為節律發生層和運動模式發生層。

在工業生產中，面對日益繁重的工作任務，用一個結構復雜、價格昂貴的單體工業機械臂執行，可能難以勝任或效率低下，需要由多個工業機械臂一起工作才能完成給定任務。多個工業機械臂系統主要是將能力有限的單個工業機械臂通過交互、協調和控制體現出群體智能，以合作完成相對復雜的給定任務。

多工業機械臂研究的興起源于仿生物學的啟發，是通常意義上的多機器人系統被賦予群體智能屬性后的新興研究領域，多機器人并非僅是單元數量的標識，多機器人相互協作的背后隱藏的有限感知以及局部交互原則才是最基本的。與多個機器人對應的控制結構規模是可變的，機器人的數量根據工作任務的要求，單元數量可以從數個到成百上千或者更多。多個機器人要實現群體之間的協調，就必須保證群體之間的交流和協商的有效性，以及信息的有效共享。

在發明專利CN1857877A中公開了一種機器人多臂控制系統，包括為了協調生產過程，通過網絡進行通信，將同步信息從主控制器傳輸到一個或更多從屬控制器的機器人控制器。該系統在用于過程和運動同步的事件時序同步時考慮網絡通信的延遲。但采用將一個機械臂作為家庭首領機器人，其余機械臂作為家庭成員機器人的方式，作為家庭成員的機械臂之間無信息交流。

發明專利CN102707675A中公開了一種群機器人控制器，包括協調層、管理層和執行層，采用預測加權分層信息技術，通過無線通信模塊進行Mesh組網，把群機器人的控制系統與機器人單體的特點有機結合并控制單體機器人終端進行協作的方法，實現了在無人干預情況下群機器人進行交互與協作的有益效果，提高了群機器人集體協作的工作效率和特殊環境下工作的準確性、穩定性。但各單體機器人之間進行信息交流是單體機器人的終端接收其它單體機器人終端和協調層發送的操作命令及協作信息，接收的信息只對終端作用。

目前，多工業機械臂的應用越來越多，但各機械臂之間集體協作和信息交互能力不足，另外，大多數工業機械臂都具有多節臂架或者折彎結構，要對工業機械臂進行滿足作業要求的精確控制，連接各臂架的關節起著至關重要的作用，目前采用的關節均為剛性關節，其抗沖擊性能差，穩定性不足。

發明內容

為了避免現有技術存在的不足,克服機械臂之間集體協作和信息交互能力較弱，及其抗沖擊性能差，穩定性不足的問題，本發明提出一種基于雙層CPG的多工業機械臂控制器。控制器采用與控制無脊椎動物運動的神經節和脊椎動物運動的中樞神經系統所具有分層神經元網絡相似的結構，其目的在于控制多工業機械臂進行集體協作和信息交互，實現對多工業機械臂各關節的有效控制，在保證工業機械臂具有足夠動力性能和自由度的同時，使工業機械臂具有一定的自主運動能力。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:機械臂控制器由相位協調層和運動模式發生層組成，相位協調層實現對各工業機械臂的相序鎖定，運動模式層對各工業機械臂進行軌跡規劃和姿態調整；

所述相位協調層包括各工業機械臂對應的節律發生器，各節律發生器接收來自對應工業機械臂的觸覺傳感器的信號，且各節律發生器之間可進行信息交流，各節律發生器產生相對應工業機械臂的相位信號并發送至相對應的控制器；