[發(fā)明專利]基于無線通訊的智能多機器人控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710254585.3
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN106873604A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 向洋;謝毅;傅艦艇;熊亮;王黎;張敏銳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01C21/20;G08C17/02
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11275
• 代理人: 王貴君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動化領(lǐng)域，具體涉及一種基于機器人操作系統(tǒng)ROS和無線通訊的智能多機器人控制系統(tǒng)，主要用于對機械零部件加工裝配等的全自動化生產(chǎn)線領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前工業(yè)機器人技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，并應(yīng)用到了各工業(yè)自動化生產(chǎn)線中，但是工業(yè)機器人仍舊采取示教再現(xiàn)的工作模式，對于一款新的加工產(chǎn)品編程任務(wù)異常繁重。在對生產(chǎn)線的柔性制造能力要求不斷提高的背景下，對工業(yè)機器人軟件開發(fā)的高效性、可移植性等方面也提出了更高的要求。同時，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷推進和工業(yè)4.0智慧工廠的提出，要求生產(chǎn)線的全自動化程度進一步提高，要求協(xié)調(diào)工作站工業(yè)機器人系統(tǒng)與工業(yè)機器人運送系統(tǒng)，最終形成無人全智能型的自動化生產(chǎn)線。隨著近年出現(xiàn)的機器人操作系統(tǒng)ROS為這一工作提供了良好平臺，ROS系統(tǒng)基于一種點對點的軟件通訊機制，同時包括了串聯(lián)式工業(yè)機器人控制算法組件，工業(yè)機器人定位導(dǎo)航功能組件及各種通訊組件，而且可以集成OpenCV、OROCOS等開源軟件，大大提高了多機器人協(xié)作的智能型控制系統(tǒng)的開發(fā)效率。

基于無線通訊的多機器人控制系統(tǒng)，需要進行工業(yè)機器人的運動學(xué)及軌跡規(guī)劃求解、移動機器人的運動學(xué)及路徑規(guī)劃與定位導(dǎo)航計算，以及各機器人之間的通訊和協(xié)同作業(yè)調(diào)度，對于控制系統(tǒng)硬件和控制算法實現(xiàn)有著較高要求，現(xiàn)有技術(shù)在工業(yè)機器人及移動機器人的實時協(xié)同作業(yè)方面還存在不足。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供基于無線通訊的智能多機器人控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)全自動化無人生產(chǎn)線。

本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種基于無線通訊的智能多機器人控制系統(tǒng)，包括中控系統(tǒng)、工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)和工業(yè)機器人運送系統(tǒng)，中控系統(tǒng)，包括工業(yè)PC和工業(yè)機器人控制系統(tǒng)，工業(yè)機器人控制系統(tǒng)包括PLC處理器模塊，PLC處理器模塊通過EtherCAT與工業(yè)PC相連；工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)，包括工業(yè)機器人，工業(yè)機器人均為6DOF的串聯(lián)機器人，工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)包括嵌入式運動控制器、伺服驅(qū)動器、傳感器和控制開關(guān)；嵌入式運動控制器通過EtherCAT連接工業(yè)PC，通過數(shù)字輸入輸出接口分別連接伺服驅(qū)動器、傳感器和控制開關(guān)；工業(yè)機器人運送系統(tǒng)包括機載計算機、嵌入式ARM控制器、電機驅(qū)動、編碼器、慣性測量單元、激光雷達(dá)和無線WIFI通訊模塊。

進一步，所述工業(yè)PC中安裝UBUNTU操作系統(tǒng)與機器人操作系統(tǒng)ROS及Moveit！組件，并安裝OROCOS開源機器人控制軟件包；工業(yè)PC與PLC處理器模塊及嵌入式運動控制器之間采用socket通訊，工業(yè)PC與工業(yè)機器人采用無線WIFI通訊；工業(yè)PC發(fā)送指令至嵌入式運動控制器，并接收嵌入式運動控制器反饋的編碼器數(shù)據(jù)；所述工業(yè)機器人的機載計算機與嵌入式運動控制器均安裝UBUNTU操作系統(tǒng)與機器人操作系統(tǒng)ROS及Moveit！組件。

進一步，所述工業(yè)PC使用機器人操作系統(tǒng)ROS中的話題實現(xiàn)工業(yè)PC上節(jié)點與工業(yè)機器人嵌入式運動控制器上節(jié)點、工業(yè)機器人機載計算機上節(jié)點的通訊；工業(yè)PC獲取工業(yè)機器人傳遞過來的所處的空間位置信息，將運動指令傳遞給工業(yè)機器人嵌入式運動控制器。

進一步，所述的工業(yè)PC調(diào)用ROS的Moveit！并結(jié)合OROCOS軟件包的KDL組件進行工業(yè)機器人運動學(xué)計算和軌跡規(guī)劃，通過socket向工業(yè)機器人嵌入式運動控制器發(fā)送目標(biāo)位置指令，并實時獲取工業(yè)機器人當(dāng)前位置，同時利用機器人操作系統(tǒng)ROS中Rviz工具實時顯示工業(yè)機器人的運動。

進一步，所述工業(yè)機器人運送系統(tǒng)包括底層運動控制模塊(該模塊的作用是什么)、信號采集與處理模塊(該模塊的作用是什么)、路徑規(guī)劃和定位導(dǎo)航算法模塊(該模塊的作用是什么)；

進一步，路徑規(guī)劃和定位導(dǎo)航模塊通過A*最優(yōu)路徑算法以costmap的最小代價路徑作為工業(yè)機器人運動的全局路徑，使用動態(tài)窗口法進行局部路徑規(guī)劃，并利用AMCL算法對工業(yè)機器人的位姿進行跟蹤；所述的A*最優(yōu)路徑算法是基于深度優(yōu)先的啟發(fā)式搜索算法；所述動態(tài)窗口法在速度空間(v，w)中進行多組數(shù)據(jù)的采樣得到多組軌跡的估計，對這些軌跡進行評價，選取出最優(yōu)局部軌跡對應(yīng)的速度發(fā)布給機器人；所述AMCL算法是自主工業(yè)機器人在二維環(huán)境下的一種基于概率的定位系統(tǒng)，它采用自適應(yīng)或者KLD采樣蒙特卡洛方法進行定位，并且使用粒子濾波對工業(yè)機器人在地圖中進行位姿跟蹤。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：