[发明专利]高速连续运动中的机械臂系统多任务协同与信息同步方法

说明书

本发明涉及一种高速连续运动中的机械臂系统多任务协同与信息同步方法，包括机械臂硬件子系统和机械臂软件子系统；机械臂软件子系统包括机械臂操作系统、机械臂应用程序集，和数据存储中心；机械臂应用程序集的传感器数据读取模块从通信数据缓冲区中读取传感数据，若获取到有效数据则将当前时刻记为传感数据获取时间全局值。机械臂工作数据快速获取模块快速计算获取与机械臂实际工作任务直接关联的机械臂工作数据。数据同步匹配模块处理传感数据子步骤将传感数据和机械臂工作数据进行同步匹配。机械臂应用程序集和外部监控系统共同实现了机械臂本体装置在高速运动条件下的工作状态获取、外部感知、数据同步匹配、外部监控多种类型任务间的协同。

技术领域

本发明涉及一种机械臂多任务间的协同和信息同步方法。更明确地，本发明涉及一种高速连续运动中的机械臂系统多任务协同与信息同步方法。

背景技术

机械臂尤其是工业机械臂装置已经在制造领域取得了广泛的应用，对于搬运、码垛等精度要求不高的任务，其相关的技术已基本发展成熟。近年来，人们已开始尝试将机械臂应用于电子制造领域中的精密测试、精密装配等具有高精度、高速度特点的任务，也因而产生了一系列新的技术问题。

上述精密操作任务既需要机械臂进行持续、高速地运动，以满足严苛的任务时间需求，也需要机械臂能够实时地对任务场景进行有效感知，进而实现如同产线工人般的“手眼协调”、“快速盲操”。另一方面，尽管任务的难度和复杂度越来越高，但商用工业机器人产品目前依然普遍以自身的可靠性和成本为主要研制目标，使得产品的计算能力、存储空间、通信处理能力等资源较为有限。因此从技术应用推广的角度，基于工业机器人产品的技术方案必须充分考虑实际技术限制。

对于连续高速运动的机械臂，其自身的运动状态数据、操作的执行状态数据、外部传感器获取的感知数据的获取频率也需要随之提高，才能保证数据间的间隔符合高精度的要求。然而，单位时间内数据密度的增加也随之提升了在数据间进行匹配的难度。在这种背景下，如何基于有限的软硬件资源，实现对于上述多种数据间的有效获取和匹配，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于面向具有高精度、高速度特点的精密测试、精密装配等需求，考虑当前机械臂产品的技术制约，实现一种适用于高速连续运动中的机械臂系统的任务执行和信息同步方法。

为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：

机械臂系统包含机械臂硬件子系统和机械臂软件子系统。机械臂硬件子系统包含机械臂本体装置、机械臂控制器和外部传感器装置；机械臂控制器包含通信总线接口；外部传感器装置与机械臂控制器间通过通信总线接口建立通信连接，外部传感器装置能够高速周期化地感知采样并发送传感数据，其感知采样与传感数据发送频率由用户预先设定；外部传感器装置的具体形式包括空间多维力传感器，空间多维力传感器安装于机械臂本体装置的末端。

机械臂软件子系统运行于机械臂控制器之上；机械臂软件子系统包含机械臂操作系统、机械臂应用程序集，和数据存储中心；通信总线接口由机械臂操作系统负责管理，机械臂操作系统包含通信数据缓冲区，该缓冲区用于高速地存储从通信总线接口中获得的传感数据SensorData；机械臂应用程序集包含传感器数据读取模块、机械臂工作数据快速获取模块、数据同步匹配模块；传感器数据读取模块周期化地从通信数据缓冲区中读取传感数据SensorData，若获取到有效数据则将当前时刻记为传感数据获取时间全局值nG_ClockSync_F，并将其存储至同步数据缓冲区，同步数据缓冲区包括机械臂工作数据子缓冲区nG_WorkDataBuf、传感数据子缓冲区nG_SensorDataBuf、同步时间子缓冲区nVClockBuf；机械臂工作数据快速获取模块用于快速计算获取与机械臂实际工作任务直接关联的机械臂工作数据WorkData，若获取到有效数据则将当前时刻记为工作数据获取时间值ClockSync_W；数据同步匹配模块用于将传感数据SensorData和机械臂工作数据WorkData进行同步匹配。

机械臂应用程序集中的模块具有不同的实时性需求，随之对应于不同的程序运行方式；