[發明專利]一種適用于分布式光學檢測的多機器人仿真系統

在審

• 申請號: 202210482039.6
• 申請日: 2022-05-05
• 公開（公告）號: CN115032911A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 劉銀華;趙文政;李彥征
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 劉旭章

本發明屬于機器人仿真技術領域，涉及一種適用于分布式光學檢測的多機器人系統的仿真系統。本系統包括數據采集模塊、靜態碰撞檢測模塊、任務分配模塊、單機器人路徑規劃模塊、多機器人路徑規劃模塊、數據可視化模塊。與現有的分布式光學檢測的多機器人系統的仿真系統相比，因為綜合考慮了生產節拍、任務分配、機器人路徑規劃、多機器人協調等因素，使仿真結果更加接近于實際檢測環境，實現了多機器人光學檢測工藝的自動規劃，降低了針對機器人軌跡的多輪次現場調教需求，從而縮短研發周期、提高工藝開發效率。

技術領域

本發明屬于機器人仿真技術領域，具體涉及一種適用于光學檢測系統中的多機器人檢測的運動規劃仿真系統。

背景技術

分布式光學檢測的多機器人系統因兼顧機器人的靈活性以及光學檢測傳感器高效率、非接觸式等優勢，不僅可以實現在線測量，而且滿足裝配生產線上的多混合裝配零件的檢測，從而使得分布式光學檢測的多機器人系統在汽車、航空航天等制造業中得到廣泛的應用。通常分布式光學檢測的多機器人系統由搭載光學測頭的六軸工業機器人左右對稱分布于檢測工位中，該系統將檢測任務分配到不同的機器人，在滿足檢測要求的前提下對機器人進行無碰撞路徑的規劃以實現柔性裝配線上不同零件、分成總件、總成等的在線檢測。

對于分布式光學檢測的多機器人系統的仿真，主要由任務分配、碰撞檢測、路徑規劃三個模塊組成。在任務分配階段，傳統的多機器人任務分配原則為就近原則，一般通過考慮機器人初始位置與測點間的距離、機器人可達性等信息對檢測任務進行分配，但該分配策略往往導致各機器人檢測時間極差較大、多機運行時間超出檢測周期等現象。而對于路徑規劃來說，工程上主要通過計算機輔助檢測路徑規劃軟件，依據既定的檢測規范、機器人運動學以及工件數模等信息，但規劃結果需要在現場通過示教方式進行調試，人工介入仿真結果修改，導致了檢測規劃效率低、成本較高。

并且，由于大型復雜曲面結構復雜、檢測特征數目大且光學測量規范嚴格，同時涉及高生產節拍下機器人運動規劃與多機協調等復雜問題，使得大型復雜曲面在線檢測規劃嚴重依賴經驗，往往需要開展多輪次的規劃仿真與現場檢測工藝的修改-確認等環節，規劃過程效率低、規劃結果非最優，嚴重影響車身檢測工藝開發效率與檢測成本。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，改進了分布式光學檢測的多機器人系統，提供了一種檢測規劃更加高效、數據采集時間更短、檢測成本更低的分布式光學檢測的多機器人仿真系統。

本發明的技術方案如下：

一種適用于分布式光學檢測的多機器人仿真系統，其包括了以下幾個模塊：

(1)數據采集模塊：用于機器人模型與位置、光學傳感器相對于機器人末端位置及待測特征數量、位置及矢量方向的定義與生成。

(2)靜態碰撞檢測模塊：靜態碰撞檢測主要為機器人與車身之間的碰撞檢測。本發明將機器人簡化為球體、圓柱體和長方體，將大型復雜曲面簡化為三角面片。若直接計算三角面片到機器人之間的空間幾何距離，計算較為復雜，為進一步簡化計算量，本發明提取三角面片的節點，通過判斷提取的離散節點是否在圓柱體、球體和長方體內，確定大型復雜曲面與機器人是否發生碰撞。

(3)任務分配模塊：對于大型復雜曲面，機器人分配任務的好壞是影響機器人之間協調規劃的重要因素，本發明針對檢測系統的特點，提出了基于解耦的多機器人檢測任務的層次化分配算法。

(4)單機器人路徑規劃模塊：單機器人路徑規劃分為兩個步驟，分別為局部路徑規劃、全局路徑規劃。對于局部路徑規劃，本發明利用RRT*-connect算法在笛卡爾空間內搜索機器人過渡點以實現機器人機器人檢測任務之間局部路徑規劃方法。基于局部路徑規劃得到的兩兩檢測特征之間的無碰撞路徑，本發明采用模擬退火算法對所有特征進行排列組合，實現全局路徑的規劃與優化。