基于無線通訊的智能多機器人控制系統技術方案

本發明專利技術公開了一種基于無線通訊的智能多機器人控制系統，包括中控系統、工業機器人工作站系統和移動機器人運送系統，中控系統，包括工業PC和工業機器人控制系統，工業機器人控制系統包括PLC處理器模塊，PLC處理器模塊通過EtherCAT與工業PC相連；工業機器人工作站系統，包括工業機器人，工業機器人均為6DOF的串聯機器人，工業機器人的控制系統包括嵌入式運動控制器、伺服驅動器、傳感器和控制開關；嵌入式運動控制器通過EtherCAT連接工業PC，通過數字輸入輸出接口分別連接伺服驅動器、傳感器和控制開關；移動機器人運送系統包括機載計算機、嵌入式ARM控制器、電機驅動、編碼器、慣性測量單元、激光雷達和無線WIFI通訊模塊。本發明專利技術具有開發效率高，算法實現容易的特點。

Intelligent multi robot control system based on wireless communication

The invention discloses an intelligent control system of multi robot based on wireless communication, including control system, industrial robot workstation system and mobile robot delivery system, control system, including the system of industrial PC control and industrial robot, industrial robot control system consists of PLC processor module, PLC module and EtherCAT processor connected by industrial PC; industrial robot system, including industrial robots, industrial robots are 6DOF series robot, industrial robot control system includes an embedded motion controller, servo drive device, sensor and control switch; embedded motion controller is connected with the industrial PC through the EtherCAT output interface are respectively connected with the servo driver, a sensor and a control switch through digital input; mobile robot delivery the system includes onboard computer and embedded ARM control Controller, motor drive, encoder, inertial measurement unit, laser radar and wireless WIFI communication module. The invention has the advantages of high development efficiency and easy realization of the algorithm.

【技術實現步驟摘要】
基于無線通訊的智能多機器人控制系統
本專利技術屬于自動化領域，具體涉及一種基于機器人操作系統ROS和無線通訊的智能多機器人控制系統，主要用于對機械零部件加工裝配等的全自動化生產線領域。
技術介紹
目前工業機器人技術已經趨于成熟，并應用到了各工業自動化生產線中，但是工業機器人仍舊采取示教再現的工作模式，對于一款新的加工產品編程任務異常繁重。在對生產線的柔性制造能力要求不斷提高的背景下，對工業機器人軟件開發的高效性、可移植性等方面也提出了更高的要求。同時，隨著物聯網技術的不斷推進和工業4.0智慧工廠的提出，要求生產線的全自動化程度進一步提高，要求協調工作站工業機器人系統與工業機器人運送系統，最終形成無人全智能型的自動化生產線。隨著近年出現的機器人操作系統ROS為這一工作提供了良好平臺，ROS系統基于一種點對點的軟件通訊機制，同時包括了串聯式工業機器人控制算法組件，工業機器人定位導航功能組件及各種通訊組件，而且可以集成OpenCV、OROCOS等開源軟件，大大提高了多機器人協作的智能型控制系統的開發效率。基于無線通訊的多機器人控制系統，需要進行工業機器人的運動學及軌跡規劃求解、移動機器人的運動學及路徑規劃與定位導航計算，以及各機器人之間的通訊和協同作業調度，對于控制系統硬件和控制算法實現有著較高要求，現有技術在工業機器人及移動機器人的實時協同作業方面還存在不足。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的是提供基于無線通訊的智能多機器人控制系統，可以實現全自動化無人生產線。本專利技術的目的是通過這樣的技術方案實現的，一種基于無線通訊的智能多機器人控制系統，包括中控系統、工業機器人工作站系統和工業機器人運送系統，中控系統，包括工業PC和工業機器人控制系統，工業機器人控制系統包括PLC處理器模塊，PLC處理器模塊通過EtherCAT與工業PC相連；工業機器人工作站系統，包括工業機器人，工業機器人均為6DOF的串聯機器人，工業機器人的控制系統包括嵌入式運動控制器、伺服驅動器、傳感器和控制開關；嵌入式運動控制器通過EtherCAT連接工業PC，通過數字輸入輸出接口分別連接伺服驅動器、傳感器和控制開關；工業機器人運送系統包括機載計算機、嵌入式ARM控制器、電機驅動、編碼器、慣性測量單元、激光雷達和無線WIFI通訊模塊。進一步，所述工業PC中安裝UBUNTU操作系統與機器人操作系統ROS及Moveit！組件，并安裝OROCOS開源機器人控制軟件包；工業PC與PLC處理器模塊及嵌入式運動控制器之間采用socket通訊，工業PC與工業機器人采用無線WIFI通訊；工業PC發送指令至嵌入式運動控制器，并接收嵌入式運動控制器反饋的編碼器數據；所述工業機器人的機載計算機與嵌入式運動控制器均安裝UBUNTU操作系統與機器人操作系統ROS及Moveit！組件。進一步，所述工業PC使用機器人操作系統ROS中的話題實現工業PC上節點與工業機器人嵌入式運動控制器上節點、工業機器人機載計算機上節點的通訊；工業PC獲取工業機器人傳遞過來的所處的空間位置信息，將運動指令傳遞給工業機器人嵌入式運動控制器。進一步，所述的工業PC調用ROS的Moveit！并結合OROCOS軟件包的KDL組件進行工業機器人運動學計算和軌跡規劃，通過socket向工業機器人嵌入式運動控制器發送目標位置指令，并實時獲取工業機器人當前位置，同時利用機器人操作系統ROS中Rviz工具實時顯示工業機器人的運動。進一步，所述工業機器人運送系統包括底層運動控制模塊(該模塊的作用是什么)、信號采集與處理模塊(該模塊的作用是什么)、路徑規劃和定位導航算法模塊(該模塊的作用是什么)；進一步，路徑規劃和定位導航模塊通過A*最優路徑算法以costmap的最小代價路徑作為工業機器人運動的全局路徑，使用動態窗口法進行局部路徑規劃，并利用AMCL算法對工業機器人的位姿進行跟蹤；所述的A*最優路徑算法是基于深度優先的啟發式搜索算法；所述動態窗口法在速度空間(v，w)中進行多組數據的采樣得到多組軌跡的估計，對這些軌跡進行評價，選取出最優局部軌跡對應的速度發布給機器人；所述AMCL算法是自主工業機器人在二維環境下的一種基于概率的定位系統，它采用自適應或者KLD采樣蒙特卡洛方法進行定位，并且使用粒子濾波對工業機器人在地圖中進行位姿跟蹤。由于采用了上述技術方案，本專利技術具有如下的優點：本專利技術采用ROS軟件和OROCOS開源軟件包進行工業機器人控制系統軟件開發，具有開發效率高，算法實現容易的特點，并利用A*最優路徑算法和AMCL算法進行移動機器人定位導航和路徑規劃完成了移動機器人的控制軟件開發，最終通過無線通訊網絡實現了智能多機器人控制系統的開發。附圖說明為了使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術作進一步的詳細描述，其中：圖1為本專利技術工業機器人工作站系統示意圖；圖2為本專利技術基于無線通訊的多機器人控制系統示意圖；圖3為本專利技術工業PC與工業機器人及工業機器人的節點與話題示意圖。具體實施方式以下將結合附圖，對本專利技術的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本專利技術，而不是為了限制本專利技術的保護范圍。附圖1為本專利技術的工業機器人工作站系統，包括裝配機器人1、焊接機器人3、打磨機器人4、測量機器人2及逆裝配機器人5，各機器人均為包括嵌入式運動控制器的6DOF，各工位配備工裝夾具；工業機器人嵌入式運動控制器與所述的中控系統之間利用socket通訊，接收中控系統下發的控制指令并反饋編碼器信號；工業機器人嵌入式運動控制器與PLC處理器、PLCI/O之間通過Modbus總線通信；附圖2為本專利技術的基于無線通訊的多機器人控制系統，包括工業PC、工業機器人控制系統與通訊系統、工業機器人運送系統；其中，工業機器人控制系統包括：變壓器、空氣開關、濾波器、接觸器、繼電器、開關電源、PLC處理器模塊，用于控制各工業機器人的啟動和停止，其中，PLC處理器模塊通過EtherCAT與工業PC相連；工業機器人工作站系統，包括裝配機器人、焊接機器人、打磨機器人、測量機器人及逆裝配機器人，各機器人均為6DOF的串聯機器人，其控制系統包括嵌入式運動控制器、伺服驅動器、傳感器和控制開關；嵌入式運動控制器通過EtherCAT連接工業PC，通過數字輸入輸出接口分別連接伺服驅動器、傳感器和控制開關；工業機器人運送系統，包括機載計算機、嵌入式ARM控制器、電機驅動、編碼器、慣性測量單元、激光雷達和無線WIFI通訊模塊。附圖3為工業PC與工業機器人及工業機器人的節點與話題。Robot_Interface、Robot_Receptor為工業機器人節點，Center_Receptor、StationRobot、Center_Interface為運行在工業PC上的節點,StationRobot_Motion為運行在工業機器人嵌入式運動控制器上的節點。Robot_Receptor將工業機器人的位置速度等狀態信息以話題/msg_to傳遞給工業PC節點Center_Receptor；Center_Receptor接收到來自工業機器人節點Robot_Receptor的話題/msg_to，分析該話題中包含的工業機器人位置速度信息，如果信息顯示工業機器人已到本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于無線通訊的智能多機器人控制系統，其特征在于：包括中控系統、工業機器人工作站系統和移動機器人運送系統，中控系統，包括工業PC和工業機器人控制系統，工業機器人控制系統包括PLC處理器模塊，PLC處理器模塊通過EtherCAT與工業PC相連；工業機器人工作站系統，用于完成工業機器人控制算法實現、與及人機交互功能；移動機器人運送系統，用于完成各工業機器人工作站之間的物料傳遞功能。

【技術特征摘要】
1.一種基于無線通訊的智能多機器人控制系統，其特征在于：包括中控系統、工業機器人工作站系統和移動機器人運送系統，中控系統，包括工業PC和工業機器人控制系統，工業機器人控制系統包括PLC處理器模塊，PLC處理器模塊通過EtherCAT與工業PC相連；工業機器人工作站系統，用于完成工業機器人控制算法實現、與及人機交互功能；移動機器人運送系統，用于完成各工業機器人工作站之間的物料傳遞功能。2.根據權利要求1所述的一種基于無線通訊的智能多機器人控制系統，其特征在于：所述工業PC中安裝UBUNTU操作系統與機器人操作系統ROS及Moveit！組件，并安裝OROCOS開源機器人控制軟件包；工業PC與PLC處理器模塊及嵌入式運動控制器之間采用socket通訊，工業PC與工業機器人采用無線WIFI通訊；工業PC發送指令至嵌入式運動控制器，并接收嵌入式運動控制器反饋的編碼器數據；所述工業機器人的機載計算機與嵌入式運動控制器均安裝UBUNTU操作系統與機器人操作系統ROS及Moveit！組件。3.根據權利要求1所述的一種基于無線通訊的智能多機器人控制系統，其特征在于：所述工業PC使用機器人操作系統ROS中的話題實現工業PC上節點與工業機器人嵌入式運動控制器上節點、工業機器人機載計算機上節點的通訊；工業PC獲取工業機器人傳遞過來的所處的空間位置信息，將運動指令傳遞給工業機器人嵌入式運動控制器。4.根據權利要求2所述的一種基于無線通訊的智能多機器人控制系統，其特征在于：所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：向洋，謝毅，傅艦艇，熊亮，王黎，張敏銳，
申請(專利權)人：中國科學院重慶綠色智能技術研究院，
類型：發明
國別省市：重慶,50