[发明专利]用于处理机器人网络通信抖动的鲁棒规划系统

说明书

本发明提出了一种用于处理机器人网络通信抖动的鲁棒规划系统，包括：所述任务级处理计算机用于根据任务和环境，采集多条机器人轨迹并生成对应的轨迹点曲线，并将多条轨迹点曲线分别发送每台所述机器人控制器；每台所述机器人控制器在接收端设置轨迹点缓冲队列，由所述轨迹点缓冲队列接收轨迹点曲线，以减少网络抖动的影响，然后由所述机器人控制器将轨迹点用高阶样条曲线拼接，得到轨迹段，再对轨迹段进行精插补，得到插补点发送给对应的伺服驱动器；所述伺服驱动器根据来自所述机器人控制器的插补点指令，驱动机器人按预定轨迹运动。本发明通过增加轨迹点缓冲队列，可以有效消除网络通信抖动对机器人运动造成的不利影响。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种用于处理机器人网络通信抖动的鲁棒规划系统。

背景技术

工业机器人编程从高到低可以分为四个层级：任务级、动作级、原始级和伺服级。传统工业机器人大多针对固定应用场景，采用示教编程的方式，对应的层级为动作级，这种编程方式的缺点是对操作人员要求高，步骤繁琐，并且对环境适应性弱。任务级编程接收较高级别的用户指令，以“捡起零件”这样一条任务级指令为例，系统需要通过传感器感知周围环境，为机器人规划一条不会与周围障碍物碰撞的路径，以合适的姿态接近并捡起零件。任务级编程虽然可以大大降低机器人使用难度，但是其需要处理的数据量和计算量也远高于动作级编程。现有工业机器人的控制器是按照运动控制的要求选配，处理器计算能力并不能很好保障任务级处理，比较合理的解决方案是机器人控制器专职做好运动控制，把任务级的处理放在单独高性能计算机中或服务器中，任务级处理计算机生成的机器人轨迹发送给机器人控制器，机器人控制器接收轨迹指令并执行。

任务级处理计算机与机器人控制器间通常采用网络通信，网络通信不可避免地存在延时、抖动等问题。这些问题对于语音、视频等应用最多影响用户体验，但是对于机器人这类工业设备则可能造成抖动、冲击，甚至引发事故。因此，解决网络通信抖动对机器人的影响具有重要应用价值。

典型的任务级处理计算机与机器人控制器配合工作的基本原理如图1所示。图1所示系统在理想情况下可以正常工作，但在实际物理系统中，任务级处理计算机与机器人控制器之间网络通信不可避免存在抖动与延时。如果机器人执行到机器人控制器中轨迹段的末尾，由于网络抖动，任务级处理计算机的轨迹点没有及时被机器人控制器接收，机器人不得不停机等待新的轨迹点的到来；当新的轨迹点到来后，机器人再次从零加速运动到新的目标位置。如此频繁的加减速容易造成机器人振动，降低工作节拍，增加设备磨损。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种用于处理机器人网络通信抖动的鲁棒规划系统。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种用于处理机器人网络通信抖动的鲁棒规划系统，包括：任务级处理计算机、多台机器人控制器、多台伺服驱动器，其中，

所述任务级处理计算机用于根据任务和环境，采集多条机器人轨迹并生成对应的轨迹点曲线，并将多条轨迹点曲线分别发送每台所述机器人控制器；

每台所述机器人控制器在接收端设置轨迹点缓冲队列，由所述轨迹点缓冲队列接收轨迹点曲线，以减少网络抖动的影响，然后由所述机器人控制器将轨迹点用高阶样条曲线拼接，得到轨迹段，再对轨迹段进行精插补，得到插补点发送给对应的伺服驱动器；

所述伺服驱动器根据来自所述机器人控制器的插补点指令，驱动机器人按预定轨迹运动。

进一步，每台所述机器人控制器在轨迹点曲线的信息中增加时间戳t_send，根据机器人控制器接收轨迹点的时刻t_recv,以及轨迹点信息中的t_send，确定当前网络时延，对网络时延统计得到抖动特征时间δt。

进一步，所述轨迹点缓冲队列的队列深度d根据δt和轨迹点时间间隔Δt调整，取d＝k_safe*δt/Δt,其中k_safe为安全系数。