[發明專利]用于處理機器人網絡通信抖動的魯棒規劃系統

有效

• 申請號: 201710629218.7
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107450534B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 庹華;袁順寧;曹華;湯中華;宋斌
• 申請（專利權）人: 珞石（山東）智能科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理有限公司 11368
• 代理人: 孫國棟

本發明提出了一種用于處理機器人網絡通信抖動的魯棒規劃系統，包括：所述任務級處理計算機用于根據任務和環境，采集多條機器人軌跡并生成對應的軌跡點曲線，并將多條軌跡點曲線分別發送每臺所述機器人控制器；每臺所述機器人控制器在接收端設置軌跡點緩沖隊列，由所述軌跡點緩沖隊列接收軌跡點曲線，以減少網絡抖動的影響，然后由所述機器人控制器將軌跡點用高階樣條曲線拼接，得到軌跡段，再對軌跡段進行精插補，得到插補點發送給對應的伺服驅動器；所述伺服驅動器根據來自所述機器人控制器的插補點指令，驅動機器人按預定軌跡運動。本發明通過增加軌跡點緩沖隊列，可以有效消除網絡通信抖動對機器人運動造成的不利影響。

技術領域

本發明涉及工業機器人技術領域，特別涉及一種用于處理機器人網絡通信抖動的魯棒規劃系統。

背景技術

工業機器人編程從高到低可以分為四個層級：任務級、動作級、原始級和伺服級。傳統工業機器人大多針對固定應用場景，采用示教編程的方式，對應的層級為動作級，這種編程方式的缺點是對操作人員要求高，步驟繁瑣，并且對環境適應性弱。任務級編程接收較高級別的用戶指令，以“撿起零件”這樣一條任務級指令為例，系統需要通過傳感器感知周圍環境，為機器人規劃一條不會與周圍障礙物碰撞的路徑，以合適的姿態接近并撿起零件。任務級編程雖然可以大大降低機器人使用難度，但是其需要處理的數據量和計算量也遠高于動作級編程。現有工業機器人的控制器是按照運動控制的要求選配，處理器計算能力并不能很好保障任務級處理，比較合理的解決方案是機器人控制器專職做好運動控制，把任務級的處理放在單獨高性能計算機中或服務器中，任務級處理計算機生成的機器人軌跡發送給機器人控制器，機器人控制器接收軌跡指令并執行。

任務級處理計算機與機器人控制器間通常采用網絡通信，網絡通信不可避免地存在延時、抖動等問題。這些問題對于語音、視頻等應用最多影響用戶體驗，但是對于機器人這類工業設備則可能造成抖動、沖擊，甚至引發事故。因此，解決網絡通信抖動對機器人的影響具有重要應用價值。

典型的任務級處理計算機與機器人控制器配合工作的基本原理如圖1所示。圖1所示系統在理想情況下可以正常工作，但在實際物理系統中，任務級處理計算機與機器人控制器之間網絡通信不可避免存在抖動與延時。如果機器人執行到機器人控制器中軌跡段的末尾，由于網絡抖動，任務級處理計算機的軌跡點沒有及時被機器人控制器接收，機器人不得不停機等待新的軌跡點的到來；當新的軌跡點到來后，機器人再次從零加速運動到新的目標位置。如此頻繁的加減速容易造成機器人振動，降低工作節拍，增加設備磨損。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。

為此，本發明的目的在于提出一種用于處理機器人網絡通信抖動的魯棒規劃系統。

為了實現上述目的，本發明的實施例提供一種用于處理機器人網絡通信抖動的魯棒規劃系統，包括：任務級處理計算機、多臺機器人控制器、多臺伺服驅動器，其中，

所述任務級處理計算機用于根據任務和環境，采集多條機器人軌跡并生成對應的軌跡點曲線，并將多條軌跡點曲線分別發送每臺所述機器人控制器；

每臺所述機器人控制器在接收端設置軌跡點緩沖隊列，由所述軌跡點緩沖隊列接收軌跡點曲線，以減少網絡抖動的影響，然后由所述機器人控制器將軌跡點用高階樣條曲線拼接，得到軌跡段，再對軌跡段進行精插補，得到插補點發送給對應的伺服驅動器；

所述伺服驅動器根據來自所述機器人控制器的插補點指令，驅動機器人按預定軌跡運動。

進一步，每臺所述機器人控制器在軌跡點曲線的信息中增加時間戳t_send，根據機器人控制器接收軌跡點的時刻t_recv,以及軌跡點信息中的t_send，確定當前網絡時延，對網絡時延統計得到抖動特征時間δt。

進一步，所述軌跡點緩沖隊列的隊列深度d根據δt和軌跡點時間間隔Δt調整，取d＝k_safe*δt/Δt,其中k_safe為安全系數。