[发明专利]一种基于集散控制系统的双机器人主从协调控制方法

说明书

本发明请求保护一种基于集散控制系统的双机器人主从协调控制方法，该方法针对目前双机协调策略存在的问题，提出了基于集散控制系统的主从协调控制方法，设计了三级构架，给出了双机器人坐标系建立过程；然后给出了双机器人协调运动中末端位姿的相对运动轨迹约束关系，并提出了双机器人轨迹规划计算方法，保证末端位姿保持时间上的同步和空间上的约束；最后针对主从协调控制策略中的机器人碰撞检测问题，提出了改进方法，经试验结果表明，采用改进的主从控制策略方法的双机器人协调系统执行效率高。

技术领域

本发明属于机器人控制领域，属于关系双机器人控制方面，尤其涉及一种基于集散控制系统的双机器人主从协调控制方法。

背景技术

随着中国制造2025的提出，我国产业的逐步转型升级，以工业机器人为代表的智能装备将实现了爆发式增长。而多机器人系统相对于单机器人系统具有增大操作空间、提高工作效率等优点，目前国内外有很多针对多机器人协作系统的研究，涉及的内容也相当广泛。

目前，多机器人控制系统的结构主要有三类：一类是集中控制，另一类是分散控制。分散控制是指系统中的控制部分表现为若干个分散的，有一定相对独立性的子控制机构，这些机构在各自的范围内各司其责，各行其是，互不干涉，各自完成自己的目标，而集中控制恰好相反。这两种控制各有其特点，并且随机器人所执行协调任务的不同而变化，显然，分散控制具有较大的灵活性，能实现同步操作及并行处理。然而，该控制结构在执行需要协调程度较高的任务时(如双机器人共同搬运刚体且保持其姿态不变)，用分散控制则很难完成。集中控制则克服了分散控制这一缺陷，能容易地实现这类操作，其不足是所形成的系统是一个刚性系统，缺乏灵活性，并产生计算上的瓶颈问题。在实际的机器人系统，特别是多机器人协调系统中，机器人控制器既要解决规划、控制、协调问题，又要处理来自各种外部传感器的信息等，因此瓶颈问题尤为突出。集中控制与分散控制在多机器人协调系统中各有缺点，因此需要寻求一种新的控制系统，使其既具有集中控制与分散控制的特点，又能较好地利用现有资源。因此推出了集散控制，即对机器人系统进行集中规划、管理，分散处理、控制、执行,从而解决了分散控制在某些作业下的不可实现及集中控制中的计算瓶颈问题。

多机器人系统现有的控制方法可分为以下三类：主从控制策略；对称控制策略；混合位置/力控制策略。这三种控制策略各有优缺点，主从控制简单直观，易于实现，但要求从机器人有较快的响应速度；对称控制策略则避开了这一点，但计算量大，需要高性能的计算机；混合位置/力控制符合人类的思维模式，以控制对象为主，能提供较好的操作界面，但目前缺少测量物体运动和受力的传感器，实用性不强。本发明在集散控制系统的基础上，提出了基于集散控制系统的主从协调控制方法，并对碰撞区域检测进行了理论分析。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种提升双机器人协同控制的动态响应性能，且使其控制的过程更加的活，适应性更强的基于集散控制系统的双机器人主从协调控制方法。本发明的技术方案如下：

一种基于集散控制系统的双机器人主从协调控制方法，其包括以下步骤：

1)、设计三级体系结构的双机器人协调控制系统即集散控制系统，所述三级体系包括上层、中间层和下层，其中，上层为计算机控制工作站，用于进行机器人协调作业的离线编程和仿真、无碰撞路径规划研究；中间层，用于接收来自上层的命令或指令，对机器人进行包括电源控制、信号通信、作业的控制、协调以及传感器信息处理在内的控制；下层为执行级，负责执行包括位置闭环、过速保护、伺服控制、轨迹平滑在内的任务；

2)、建立双机器人坐标系，设定双机器人协调运动中末端位姿的相对运动轨迹约束关系，运动过程中保持主从机器人末端位姿之间的相对位姿关系不变；

3)、并设计双机器人轨迹规划计算方法，具体解决方案是为了保证时间上的同步，必须保证插补序列的插补点数相同，同时为了保证空间上的约束，必须保证主从插补序列插补点数相同且插补序列中任一对插补点对应的主从机器人工具手位姿应满足约束关系，保证末端位姿保持时间上的同步和空间上的约束；