[發明專利]一種基于分布式時鐘的多機器人控制同步系統及方法

有效

• 申請號: 201710313155.4
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107196724B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 楊磊;潘銅
• 申請（專利權）人: 深圳市匯川技術股份有限公司
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 陸軍

一種基于分布式時鐘的多機器人控制同步系統及方法。本發明公開了一種分布式控制系統和方法。該系統包括主控制器和多個從控制器，主控制器用于獲取多個從控制器的鏈路結構以確定分布式控制系統的網絡拓撲結構，對多個從控制器完成初始化；還用于獲取多個從控制器的時間戳信息，分別計算每一從控制器相對于主控制器的傳導延時和初始偏差，判斷多個從控制器與主控制器是否同步；其中，若是，則設置分布式控制系統的同步周期，在同步周期內，主控制器與多個從控制器之間進行數據交互并進行時鐘漂移補償。本發明還提供一種分布式控制方法。本發明通過有效提高了網絡帶寬利用率，并且降低控制系統之間連線的復雜性，保證各個控制器之間抖動降到最低。

技術領域

本發明涉及自動化控制技術領域，特別涉及一種基于分布式時鐘的多機器人同步控制系統及方法。

背景技術

隨著自動化行業的不斷發展，各生產線對產品的生產效率以及產品質量提出了更高的要求。柔性化、集成化、多任務、同步化等成為機器人控制系統必須具備的特性。為滿足現代制造業的要求，多機器人協同工作成為發展趨勢；基于此，如何在開放體系結構的軟硬件基礎上實現多臺機器人協同運動控制成為目前工業機器人領域研究的重點之一。

針對多機器人的同步控制技術，目前已有以下幾種控制策略：(1)多臺機器人控制器獨立工作，其相互之間的同步控制通過IO(Input/Output，輸入/輸出)或是通信指令實現；(2)分布式集中控制策略，即對每臺機器人控制器進行單一控制，然后再由主調度控制器完成任務調度和命令的交互；(3)多通道機器人控制系統策略，即采用一臺處理器完成多個機器人模型、軌跡規劃的實現，如YAMAHA公司的MCX440、ABB公司的IRC5等；(4)基于時鐘同步的多機器人同步控制策略，即采用多臺控制器獨立控制各個機器人，通過一個獨立的時鐘信號保證伺服序列的通信響應，使其達到同步目的，如KUKA公司的多機器人協作組。

對于上述控制策略一和控制策略二，控制器之間通過IO或是指令來實現同步，該策略僅在指令上實現動作同步，其相應柔性效果比較差；另外，由于IO或是指令的發起、傳輸、解析存在一定延時性，同時并不能解除各個控制器時鐘偏差，因此只能實現簡單的同步處理。

多通道機器人控制策略采用一臺控制系統實現多臺機器人建模和軌跡規劃。由于所有機器人都在一臺控制系統的控制下工作，則不存在同步性的問題。但是基于該控制策略的機器人控制系統受限于主控制器的處理能力，一般能夠實現的通道數量不多。而隨著生產工藝不斷進步，要求協同機器人工作組中機器人的數量不斷增加，該策略顯然不能夠滿足這一要求。

對于基于時鐘同步的多機器人同步控制策略，在多機器人工作組中具備較高同步性能和高度的控制精度，并且對機器人的數量沒有限制。但是機器人工作組間數據通信效率以及時鐘同步算法方面仍然存在可提高的空間。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于分布式時鐘的多機器人同步控制系統及方法。

本發明為了達到上述目的，采用的技術方案是：一種分布式控制系統，包括主控制器和多個從控制器，所述主控制器與所述多個從控制器之間采用級聯網絡連接；所述主控制器包括初始化單元、偏差計算單元、同步判斷單元以及補償單元，其中：

所述初始化單元，用于獲取所述多個從控制器的鏈路結構以確定所述分布式控制系統的網絡拓撲結構，并根據所述網絡拓撲結構，對所述多個從控制器完成初始化；

所述偏差計算單元，用于獲取所述多個從控制器的時間戳信息，分別計算每一所述從控制器相對于所述主控制器的傳導延時和初始偏差；

所述同步判斷單元，根據所述傳導延時和所述初始偏差，判斷所述多個從控制器與所述主控制器是否同步；

所述補償單元，用于在所述多個從控制器與所述主控制器同步時，設置所述分布式控制系統的同步周期，在所述同步周期內，所述主控制器與所述多個從控制器之間進行數據交互并進行時鐘漂移補償。