本發(fā)明屬于機(jī)器人控制領(lǐng)域，具體涉及一種多機(jī)器人協(xié)同運(yùn)輸方法。

背景技術(shù)：

隨著技術(shù)的發(fā)展，AGV技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)、運(yùn)載機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速。使用傳統(tǒng)單個(gè)機(jī)器人PL搬運(yùn)物體Ca時(shí)，要求單個(gè)機(jī)器人PL的輸出能量大于等于物體Ca移動(dòng)所需能量，這就要求機(jī)器人在設(shè)計(jì)上尺寸滿足最大搬運(yùn)物體Ca需求。而此機(jī)器人PL在搬運(yùn)小物體Ca時(shí)，能量冗余過多，而搬運(yùn)超過設(shè)計(jì)指標(biāo)的物體時(shí)，PL能量不足，無法完成任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高一種多機(jī)器人協(xié)同運(yùn)輸方法，設(shè)計(jì)多個(gè)機(jī)器人Pa，根據(jù)搬運(yùn)目標(biāo)物體所需耗能，采用相應(yīng)類型和數(shù)量的機(jī)器人Pa協(xié)同工作，目標(biāo)物體Ca搬運(yùn)耗能量越大，加入的機(jī)器人Pa數(shù)量越多。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種多機(jī)器人協(xié)同運(yùn)輸方法，通過多個(gè)機(jī)器人Pa協(xié)同帶動(dòng)目標(biāo)物體Ca到目標(biāo)位置；機(jī)器人Pa的類型和數(shù)量通過中央控制系統(tǒng)Ma或具備運(yùn)算能力的機(jī)器人Pa根據(jù)目標(biāo)物體Ca的參數(shù)，經(jīng)過判斷算法確定。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人Pa具有將力傳導(dǎo)至目標(biāo)物體Ca的組件Ar，組件Ar為接觸式或非接觸式；組件Ar為接觸式時(shí)，可選自機(jī)械手、機(jī)械臂、真空吸盤、電磁吸盤、摩擦面；組件Ar為非接觸式時(shí)，可選自磁力裝置、開放式流體傳力裝置、化學(xué)力裝置。

進(jìn)一步地，目標(biāo)物體Ca的參數(shù)通過置于工作區(qū)域的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Se或機(jī)器人Pa獲取，參數(shù)包括：目標(biāo)物體Ca位置、目標(biāo)物體Ca二/三維特征、目標(biāo)物體Ca的物理性質(zhì)特征(重量、材質(zhì)、顏色、構(gòu)造等)。

進(jìn)一步地，目標(biāo)物體Ca參數(shù)的獲取方式包括：二維碼掃描識別技術(shù)、激光雷達(dá)傳感器探測裝置、超聲波雷達(dá)探測裝置、紅外測距雷達(dá)探測裝置、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人Pa具有定位功能，或通過置于工作區(qū)域的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Se實(shí)現(xiàn)定位。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人Pa至少具備以下運(yùn)動(dòng)自由度特征中的一種：平面內(nèi)沿xy軸運(yùn)動(dòng)和繞z軸自轉(zhuǎn)的三自由度運(yùn)動(dòng)特征，或者三維空間內(nèi)沿xyz軸向運(yùn)動(dòng)并沿Z軸轉(zhuǎn)的4個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)特征，或者三維空間內(nèi)沿xyz軸向運(yùn)動(dòng)和繞ZY軸轉(zhuǎn)的5個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)特征，或者三維空間內(nèi)沿XYZ軸向運(yùn)動(dòng)和繞XYZ軸旋轉(zhuǎn)的6個(gè)自由的運(yùn)動(dòng)特征。

進(jìn)一步地，協(xié)同工作的控制指令由中央控制系統(tǒng)Ma發(fā)出，或者由具備運(yùn)算能力的某個(gè)機(jī)器人Pa承擔(dān)中央控制任務(wù)。

進(jìn)一步地，承載目標(biāo)物體Ca的所有機(jī)器人Pa之間可檢測相對位置并相互通訊。

進(jìn)一步地，多個(gè)機(jī)器人Pa協(xié)同運(yùn)動(dòng)時(shí)相對位置關(guān)系(指左右前后這種相對關(guān)系)不變化，運(yùn)輸過程中目標(biāo)物體Ca不脫離任何一個(gè)機(jī)器人Pa，各機(jī)器人Pa之間的相對位置可允許的位移量(指相對距離的改變，XX厘米等等)范圍：根據(jù)多個(gè)Pa之間的相對位置(XYZ)參數(shù)，設(shè)機(jī)器人Pa最大允許位移量為Lpa，設(shè)組件Ar的許用位移量為Lar，在運(yùn)輸目標(biāo)物體Ca過程中，機(jī)器人Pa的最大允許位移量Lpa＜Lar。

進(jìn)一步地，判斷標(biāo)準(zhǔn)具體為：

1)使用數(shù)量判斷：假設(shè)機(jī)器人Pa的種類共有n種，不同類型機(jī)器人數(shù)量以Pa1、Pa2…Pan代表。假設(shè)目標(biāo)物體Ca質(zhì)量為Mca，機(jī)器人Pa1……Pan的載重量分別為Mpa1……Mpan。則多種機(jī)器人Pa的使用數(shù)量應(yīng)滿足公式：

Pa1*Mpa1+Pa2*Mpa2+…Pan*Mpan≥Mca。

2)機(jī)器人Pa合格工作狀態(tài)判斷：

a)剩余能量滿足運(yùn)輸目標(biāo)物體Ca至指定位置的能力，最佳情況下剩余能量滿足在運(yùn)輸完Ca后還可以回到對機(jī)器人Pa設(shè)定的指定位置；

b)機(jī)器人Pa沒有嚴(yán)重的機(jī)械或電子故障，嚴(yán)重狀態(tài)指：機(jī)器人Pa自身不能運(yùn)動(dòng)、機(jī)器人Pa故障會(huì)損壞其他物品；

3)效率判斷：根據(jù)檢測到的多個(gè)空閑機(jī)器人Pa的位置，計(jì)算每一個(gè)空閑機(jī)器人Pa運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)物體Ca的路徑，計(jì)算機(jī)器人Pa耗時(shí)，選取耗時(shí)最短的一組機(jī)器人Pa執(zhí)行任務(wù)。

4)功能判斷：根據(jù)目標(biāo)物體Ca的結(jié)構(gòu)形式，選取其組件Ar特性滿足可運(yùn)輸目標(biāo)物體Ca的機(jī)器人Pa型號。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明可以使用多個(gè)小功率機(jī)器人協(xié)同運(yùn)輸大于單個(gè)機(jī)器人載重量的目標(biāo)物體。功率減小后，機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)空間小型化，由此帶來的好處是，可以進(jìn)入物體與地面的縫隙間，或者進(jìn)入物體與其他物品的縫隙間，提高了物體的存儲(chǔ)密度，降低了對存儲(chǔ)裝置的特殊空間要求。

2、采用中央控制系統(tǒng)Ma時(shí)，可降低Pa協(xié)同工作難度；降低Pa運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃的難度；通過收集全部數(shù)據(jù)，調(diào)度多個(gè)Pa工作，提高了運(yùn)輸多種、多個(gè)Ca的空間和時(shí)間效率。

3、采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Se時(shí)，可降低Pa協(xié)同工作難度；預(yù)先布置好的傳感器對Ca和Pa的檢測，精度高，盲區(qū)??；降低了依靠Pa感知的難度，提高了Pa定位的精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明原理圖。

圖2為機(jī)器人部署示意圖,(a)為采用同類型機(jī)器人協(xié)同運(yùn)輸，(b)為采用不同類型機(jī)器人協(xié)調(diào)運(yùn)輸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明中，PL為傳統(tǒng)單個(gè)機(jī)器人代稱。Ca為目標(biāo)物體代稱，不限于某種特定物品。Pa為本發(fā)明控制的機(jī)器人單體代稱。

本發(fā)明提供的一種多機(jī)器人協(xié)同運(yùn)輸方法，通過多個(gè)機(jī)器人Pa協(xié)同帶動(dòng)目標(biāo)物體Ca到目標(biāo)位置；機(jī)器人Pa的類型和數(shù)量通過中央控制系統(tǒng)Ma或具備運(yùn)算能力的機(jī)器人Pa根據(jù)目標(biāo)物體Ca的參數(shù)，經(jīng)過判斷算法確定。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人Pa具有將力傳導(dǎo)至目標(biāo)物體Ca的組件Ar，組件Ar為接觸式或非接觸式；組件Ar為接觸式時(shí)，可選自機(jī)械手、機(jī)械臂、真空吸盤、電磁吸盤、摩擦面，但不限于此；組件Ar為非接觸式時(shí)，可選自磁力裝置、開放式流體傳力裝置、化學(xué)力裝置，但不限于此。(例如氣流托舉/推動(dòng)、水流托舉/推動(dòng))

進(jìn)一步地，目標(biāo)物體Ca的參數(shù)通過置于工作區(qū)域的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Se或機(jī)器人Pa獲取，參數(shù)包括：目標(biāo)物體Ca位置、目標(biāo)物體Ca二/三維特征、目標(biāo)物體Ca的物理性質(zhì)特征(重量、材質(zhì)、顏色、構(gòu)造等)，但不限于此。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Se還可以采集目標(biāo)存放區(qū)三維特征。

進(jìn)一步地，目標(biāo)物體Ca參數(shù)的獲取方式包括：二維碼掃描識別技術(shù)、激光雷達(dá)傳感器探測裝置、超聲波雷達(dá)探測裝置、紅外測距雷達(dá)探測裝置、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，但不限于此。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人Pa具有定位功能，或通過置于工作區(qū)域的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Se實(shí)現(xiàn)定位。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人Pa還具備大功率運(yùn)動(dòng)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)載重Ca后自由移動(dòng)。

進(jìn)一步地，機(jī)器人Pa具備感知、路徑規(guī)劃、執(zhí)行的能力。(單機(jī)器人可在沒有中央控制系統(tǒng)Ma和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Se時(shí)依然具備一定的運(yùn)動(dòng)和工作能力)。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人Pa為具備多自由運(yùn)動(dòng)能力的機(jī)器人，至少具備以下運(yùn)動(dòng)自由度特征中的一種：平面內(nèi)沿xy軸運(yùn)動(dòng)和繞z軸自轉(zhuǎn)的三自由度運(yùn)動(dòng)特征，或者三維空間內(nèi)沿xyz軸向運(yùn)動(dòng)并沿Z軸轉(zhuǎn)的4個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)特征，或者三維空間內(nèi)沿xyz軸向運(yùn)動(dòng)和繞ZY軸轉(zhuǎn)的5個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)特征，或者三維空間內(nèi)沿XYZ軸向運(yùn)動(dòng)和繞XYZ軸旋轉(zhuǎn)的6個(gè)自由的運(yùn)動(dòng)特征。

進(jìn)一步地，協(xié)同工作的控制指令由中央控制系統(tǒng)Ma發(fā)出，或者由具備運(yùn)算能力的某個(gè)機(jī)器人Pa承擔(dān)中央控制任務(wù)。

進(jìn)一步地，承載目標(biāo)物體Ca的所有機(jī)器人Pa之間可檢測相對位置并相互通訊。

進(jìn)一步地，多個(gè)機(jī)器人Pa協(xié)同運(yùn)動(dòng)時(shí)相對位置關(guān)系(指左右前后這種相對關(guān)系)不變化，運(yùn)輸過程中目標(biāo)物體Ca不脫離任何一個(gè)機(jī)器人Pa，各機(jī)器人Pa之間的相對位置可允許的位移量(指相對距離的改變，XX厘米等等)范圍：根據(jù)多個(gè)Pa之間的相對位置(XYZ)參數(shù)，設(shè)機(jī)器人Pa最大允許位移量為Lpa，設(shè)組件Ar的許用位移量為Lar，在運(yùn)輸目標(biāo)物體Ca過程中，機(jī)器人Pa的最大允許位移量Lpa＜Lar。

進(jìn)一步地，判斷標(biāo)準(zhǔn)具體為：

1)使用數(shù)量判斷：假設(shè)機(jī)器人Pa的種類共有n種，不同類型機(jī)器人數(shù)量以Pa1、Pa2…Pan代表。假設(shè)目標(biāo)物體Ca質(zhì)量為Mca，機(jī)器人Pa1……Pan的載重量分別為Mpa1……Mpan。則多種機(jī)器人Pa的使用數(shù)量應(yīng)滿足公式：

Pa1*Mpa1+Pa2*Mpa2+…Pan*Mpan≥Mca。

當(dāng)n取1，即只選擇一種機(jī)器人時(shí)，該機(jī)器人的數(shù)量Pax和該機(jī)器人的載重量Mpax滿足則Pax≥Mca÷Mpax。

2)機(jī)器人Pa合格工作狀態(tài)判斷：

a)剩余能量滿足運(yùn)輸目標(biāo)物體Ca至指定位置的能力，最佳情況下剩余能量滿足在運(yùn)輸完Ca后還可以回到對機(jī)器人Pa設(shè)定的指定位置；

b)機(jī)器人Pa沒有嚴(yán)重的機(jī)械或電子故障，嚴(yán)重狀態(tài)指：機(jī)器人Pa自身不能運(yùn)動(dòng)、機(jī)器人Pa故障會(huì)損壞其他物品；

3)效率判斷：根據(jù)檢測到的多個(gè)空閑機(jī)器人Pa的位置，計(jì)算每一個(gè)空閑機(jī)器人Pa運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)物體Ca的路徑，計(jì)算機(jī)器人Pa耗時(shí)，選取耗時(shí)最短的一組機(jī)器人Pa執(zhí)行任務(wù)。

4)功能判斷：根據(jù)目標(biāo)物體Ca的結(jié)構(gòu)形式，選取其組件Ar特性滿足可運(yùn)輸目標(biāo)物體Ca的機(jī)器人Pa型號。

如圖1所示，本發(fā)明中可選擇采用中央控制系統(tǒng)Ma，采用Ma的優(yōu)點(diǎn)是：降低Pa協(xié)同工作難度；降低Pa運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃的難度；通過收集全部數(shù)據(jù)，調(diào)度多個(gè)Pa工作，提高了運(yùn)輸多種、多個(gè)Ca的空間和時(shí)間效率。

本發(fā)明中可選擇采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Se，采用Ma的優(yōu)點(diǎn)是：降低Pa協(xié)同工作難度；預(yù)先布置好的傳感器對Ca和Pa的檢測，精度高，盲區(qū)?。唤档土艘揽縋a感知的難度，提高了Pa定位的精度。

實(shí)施例1：無主機(jī)情況

1.當(dāng)沒有中央控制系統(tǒng)Ma時(shí)。由具備運(yùn)算能力的Pa承擔(dān)Ma的工作。Pa可以為一個(gè)也可以是多個(gè)。設(shè)承擔(dān)Ma任務(wù)的Pa為Pama。當(dāng)僅選取一個(gè)承擔(dān)Ma時(shí)，則選擇魯棒性最好的Pa。當(dāng)可以選擇多個(gè)時(shí)，運(yùn)算方式可以是以下兩種形式中的一種：A：多個(gè)Pa運(yùn)算同樣的數(shù)據(jù)和內(nèi)容。B：多個(gè)Pa進(jìn)行分布式運(yùn)算。

2.機(jī)器人Pa或Se檢測目標(biāo)Ca參數(shù)，由Pama判斷搬運(yùn)Ca需要機(jī)器人Pa的類型和數(shù)量。

判斷的標(biāo)準(zhǔn)如下：(需全部滿足)。

1)使用數(shù)量判斷：假設(shè)機(jī)器人Pa的種類共有n種，不同類型機(jī)器人數(shù)量以Pa1、Pa2…Pan代表。假設(shè)目標(biāo)物體Ca質(zhì)量為Mca，機(jī)器人Pa1……Pan的載重量分別為Mpa1……Mpan。則多種機(jī)器人Pa的使用數(shù)量應(yīng)滿足公式：

Pa1*Mpa1+Pa2*Mpa2+…Pan*Mpan≥Mca。

當(dāng)n取1，即只選擇一種機(jī)器人時(shí)，該機(jī)器人的數(shù)量Pax和該機(jī)器人的載重量Mpax滿足則Pax≥Mca÷Mpax。

2)機(jī)器人Pa合格工作狀態(tài)判斷：

a)剩余能量滿足運(yùn)輸目標(biāo)物體Ca至指定位置的能力，最佳情況下剩余能量滿足在運(yùn)輸完Ca后還可以回到指定位置；

b)機(jī)器人Pa沒有嚴(yán)重的機(jī)械或電子故障，嚴(yán)重狀態(tài)指：機(jī)器人Pa自身不能運(yùn)動(dòng)、機(jī)器人Pa故障會(huì)損壞其他物品；

3)效率判斷根據(jù)檢測到的多個(gè)空閑機(jī)器人Pa位置，計(jì)算每一個(gè)空閑Pa運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)物體Ca的路徑，計(jì)算Pa耗時(shí)，選取耗時(shí)最短的一組機(jī)器人Pa執(zhí)行任務(wù)。

4)功能判斷：根據(jù)目標(biāo)物體Ca的結(jié)構(gòu)形式，選取其支撐組件Ar特性滿足可運(yùn)輸目標(biāo)物體Ca的機(jī)器人Pa型號。

3.多個(gè)機(jī)器人Pa運(yùn)動(dòng)至Ca處(下方或側(cè)方)。

4.采用組件Ar帶動(dòng)Ca移動(dòng)。

4.Pa之間實(shí)時(shí)檢測相對位置，并相互通訊。

6.由擔(dān)任主控任務(wù)的Pama為此任務(wù)組中的所有Pa發(fā)布控制參數(shù)。運(yùn)動(dòng)過程中需保持多個(gè)Pa的相對位置關(guān)系不變化，保持相對位置位移在允許的范圍內(nèi)。

相對位置的可允許位移量：采用檢測裝置得出多個(gè)Pa之間的相對位置(XYZ)參數(shù)。設(shè)Pa最大允許位移量為Lpa，設(shè)組件Ar的許用位移量為Lar。在運(yùn)輸Ca過程中，Pa的最大允許變化量Lpa＜Lar。

7.多個(gè)Pa協(xié)同工作將Ca移動(dòng)至目標(biāo)位置，并釋放。任務(wù)完成。

實(shí)施例2：停車場景

1.整體包含了中央控制系統(tǒng)Ma，多個(gè)機(jī)器人Pa，工作區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Se。

2.機(jī)器人Pa或Se檢測目標(biāo)車輛Ca參數(shù)，由中央控制系統(tǒng)Ma判斷搬運(yùn)Ca需要機(jī)器人Pa類型和數(shù)量。

判斷的標(biāo)準(zhǔn)如下：(需全部滿足)。

1)使用數(shù)量判斷：假設(shè)機(jī)器人Pa的種類共有n種，不同類型機(jī)器人數(shù)量以Pa1、Pa2…Pan代表。假設(shè)目標(biāo)物體Ca質(zhì)量為Mca，機(jī)器人Pa1……Pan的載重量分別為Mpa1……Mpan。則多種機(jī)器人Pa的使用數(shù)量應(yīng)滿足公式：

Pa1*Mpa1+Pa2*Mpa2+…Pan*Mpan≥Mca。

當(dāng)n取1，即只選擇一種機(jī)器人時(shí)，該機(jī)器人的數(shù)量Pax和該機(jī)器人的載重量Mpax滿足則Pax≥Mca÷Mpax。

2)機(jī)器人Pa合格工作狀態(tài)判斷：剩余能量滿足運(yùn)輸目標(biāo)物體Ca至指定位置的能力，最佳情況下剩余能量滿足在運(yùn)輸完Ca后還可以回到指定位置；機(jī)器人Pa沒有嚴(yán)重的機(jī)械或電子故障，嚴(yán)重狀態(tài)指：機(jī)器人Pa自身不能運(yùn)動(dòng)、機(jī)器人Pa故障會(huì)損壞其他物品；

3)效率判斷根據(jù)檢測到的多個(gè)空閑機(jī)器人Pa位置，計(jì)算每一個(gè)空閑Pa運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)物體Ca的路徑，計(jì)算Pa耗時(shí)，選取耗時(shí)最短的一組機(jī)器人Pa執(zhí)行任務(wù)。

4)功能判斷：根據(jù)目標(biāo)物體Ca的結(jié)構(gòu)形式，選取其支撐組件Ar特性滿足可運(yùn)輸目標(biāo)物體Ca的機(jī)器人Pa型號。

3.多個(gè)機(jī)器人Pa運(yùn)動(dòng)至Ca處。

4.采用組件Ar帶動(dòng)Ca移動(dòng)。

5.Pa之間實(shí)時(shí)檢測相對位置，并相互通訊。

6.由Ma為此任務(wù)組中的所有Pa發(fā)布控制參數(shù)。運(yùn)動(dòng)過程中需保持多個(gè)Pa的相對位置關(guān)系不變化，保持相對位置位移在允許的范圍內(nèi)。

7.多個(gè)Pa協(xié)同工作將車輛Ca移動(dòng)至目標(biāo)位置，并釋放。任務(wù)完成。