一種多機器人系統(tǒng)及其通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，具體地，涉及一種多機器人系統(tǒng)及其通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]從上世紀70年代開始，工業(yè)機器人就開始成為工業(yè)領(lǐng)域中的一項重要技術(shù)。在世界范圍內(nèi)，工業(yè)機器人應(yīng)用掀起了一個高潮。隨著人力成本的不斷提高，企業(yè)用工成本不斷上漲，工業(yè)機器人就有了客觀的發(fā)展需求。同時，工業(yè)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域也從汽車行業(yè)逐漸擴張到電子制造、食品藥品和塑料行業(yè)。為了完成復(fù)雜工序，工業(yè)機器人在很多情況下都是配合工作的。因此，工業(yè)機器人常常都是以多機器人系統(tǒng)的形式工作的。多個機器人協(xié)同工作有著本質(zhì)的困難，這種困難在于分布式系統(tǒng)的信息同步和行為協(xié)調(diào)等等。
[0003]多機器人協(xié)作和控制研究的基本思想就是將多機器人之間的協(xié)作看作一個群體，研究其協(xié)作機制，從而充分發(fā)揮多機器人系統(tǒng)各種內(nèi)在的優(yōu)勢。為了有效地交流和協(xié)商，必須解決機器人之間信息處理與傳輸問題，即多機器人通信問題。
[0004]在多機器人系統(tǒng)中，通過通信的方式各機器人了解其它機器人的意圖、目標(biāo)和動作以及當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)等信息，進而進行有效的磋商，協(xié)作完成任務(wù)。機器人之間的通信一般分為隱式通信和顯式通信兩類。隱式通信系統(tǒng)通過外界環(huán)境和自身傳感器來獲取所需的信息并實現(xiàn)相互之間的協(xié)作，機器人之間沒有直接進行信息交換。在隱式通信中機器人在環(huán)境中留下某些特定信息，其通過傳感器獲取外界環(huán)境信息的同時，也可能獲取到其它的機器人遺留下的信息。使用顯式通信的多機器人系統(tǒng)利用特定的通信介質(zhì)，快速有效地完成各機器人間信息的交互，實現(xiàn)許多在隱式通信下無法完成的高級協(xié)調(diào)協(xié)作策略。但由于多機器人系統(tǒng)在通信的實時性、可靠性等方面有特殊要求，所以針對適用于多機器人系統(tǒng)分布式控制結(jié)構(gòu)的特定環(huán)境的通信機制的研究具有重要的意義。隱式通信與顯式通信是多機器人系統(tǒng)各具特色的兩種通信模式。
[0005]多機器人系統(tǒng)作為一個實時系統(tǒng)，通信系統(tǒng)的實時性也應(yīng)該得到保證。現(xiàn)階段存在的令牌總線、令牌環(huán)、分布式隊列雙總線等都需要維持一個物理或者邏輯環(huán)，增加的硬件設(shè)備給系統(tǒng)帶來較大的負擔(dān)。
[0006]綜合來說，總線式CSMA/⑶(帶有沖突檢測的載波偵聽多路存取)是一種應(yīng)用廣泛的通信技術(shù)。在CSMA/CD存取方式下，沖突各方檢測到?jīng)_突后會及時停止發(fā)送，從而可使信道的有效利用率得到提高。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)就是建立在CSMA/⑶技術(shù)的基礎(chǔ)上。然而，一般的工業(yè)以太網(wǎng)存在的問題是龐大的協(xié)議棧在高頻率通信的應(yīng)用場景下，表現(xiàn)出實時性不夠的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種多機器人系統(tǒng)及其通信系統(tǒng)，該機器人系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性控制。
[0008]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種多機器人系統(tǒng)，包括由工作機器人構(gòu)成的工作組，以及由備用機器人構(gòu)成的備用工作組，所述工作組、備用工作組分別是一組硬件結(jié)構(gòu)相同、物理位置接近的多個工作機器人或備用機器人，工作組、備用工作組內(nèi)的各機器人是物理可替換的，同時備用機器人和工作機器人之間的工作位置可替換，當(dāng)某工作機器人出現(xiàn)故障時，備用機器人能自動實現(xiàn)替換故障工位的工作機器人，不需要其他的干預(yù)。
[0010]優(yōu)選地，所述工作機器人、備用機器人均設(shè)有自身的控制器，當(dāng)正常工作時工位上的工作機器人與主控制器進行通訊完成生產(chǎn)操作，當(dāng)某工位上的工作機器人出現(xiàn)故障時，備用機器人重載控制器替代故障機器人和主控制器通訊，完成對工件的加工任務(wù)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一種多機器人系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0012]主控制器，配備有發(fā)送器及接收器，用于控制工作機器人、備用機器人；
[0013]工作機器人配備有發(fā)送器及接收器，
[0014]備用機器人配備有接收器；
[0015]所述工作機器人、備用機器人均設(shè)有自身的控制器，當(dāng)正常工作時，主控制器的發(fā)送器和所有工作機器人的接收器連接，工位上的工作機器人與主控制器進行通訊完成生產(chǎn)操作；當(dāng)某工位上的工作機器人出現(xiàn)故障時，故障機器人通過發(fā)送器發(fā)送故障消息給主控制器及備用機器人的接收器，備用機器人通過接收器重載控制器、替代故障機器人和主控制器通訊(此時，備用機器人轉(zhuǎn)換為工作機器人)，完成對工件的加工任務(wù)，同時主控制器斷開與故障機器人之間的通訊。
[0016]優(yōu)選地，所述主控制器的發(fā)送器通道初始值為第一數(shù)值，接收器通道初始值為第二數(shù)值；各工位上的機器人發(fā)送器通道初始值為第二數(shù)值，接收器通道初始值為第一數(shù)值；備用機器人接收器通道初始值為第二數(shù)值；
[0017]無故障時多機器人間通訊:當(dāng)工位上的工作機器人能正常工作時，通訊集中在主控制器和各工位上的工作機器人之間，主控制器的發(fā)送器和所有工作機器人的接收器都通過相同的第一數(shù)值通道建立通訊；當(dāng)主控制器的傳感器檢測到傳送帶上有工件到來時，主控制器通過發(fā)送器發(fā)送消息，告知工作機器人準備開始各自的任務(wù)；
[0018]某工作機器人發(fā)生故障時通訊:當(dāng)工位上的某一臺工作機器人發(fā)生故障時，此時故障機器人首先通過發(fā)送器的第二數(shù)值通道向主控制器及備用機器人的接收器第二數(shù)值通道發(fā)送消息，通知其已經(jīng)發(fā)生故障；備用機器人收到消息后往故障機器人工位移動，并且完成初始位姿的調(diào)整；主控制器收到消息后，暫停一段時間使備用機器人能到達故障工位，并且完成初始位姿的調(diào)整；然后，備用機器人將接收器通道值設(shè)置為第一數(shù)值，當(dāng)下一次工件經(jīng)過時，主控制器通過第一數(shù)值通道發(fā)送的消息備用機器人就能收到；最后將故障機器人的接收器通道設(shè)置為系統(tǒng)不使用的空閑通道，斷開主控制器與故障機器人之間的通訊；
[0019]備用機器人工作時多機器人間通訊:完成調(diào)整之后各機器人發(fā)送器和接收器通道如下:主控制器發(fā)送器通道值為第一數(shù)值，接收器通道值為第二數(shù)值；故障機器人的發(fā)送器通道值為第二數(shù)值，接收器通道值為設(shè)定值；其他工作機器人發(fā)送器通道值為第二數(shù)值，接收器通道值為第一數(shù)值；替換故障機器人的備用機器人接收器通道值為第一數(shù)值；此時主控制器的發(fā)送器和備用機器人、其他工作機器人的接收器都通過相同的第一數(shù)值通道建立通訊，而故障機器人和其余機器人則斷開通訊連接。
[0020]優(yōu)選地，本發(fā)明是一種基于Ether CAT通信總線實現(xiàn)的通信系統(tǒng)。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0022]本發(fā)明從被控系統(tǒng)本身的設(shè)計出發(fā)，實現(xiàn)高可靠性控制:采用機器人工作組的劃分，工作組是一些有物理可替代性的機器人個體組成；工作組的劃分能在不顯著降低系統(tǒng)可靠性的前提下，降低成本。
[0023]本發(fā)明通過對機器人工作組內(nèi)部的通信系統(tǒng)設(shè)計，可以滿足機器人在正常時、故障時和故障恢復(fù)后整個過程中系統(tǒng)工作方式的變動。
[0024]本發(fā)明方法不局限于某種機器人系統(tǒng)，也不限定具體的應(yīng)用場景。使用本發(fā)明進行的多機器人系統(tǒng)仿真，結(jié)果顯示在無故障情況及故障情況下都可以順利地協(xié)調(diào)完成器件的生產(chǎn)加工任務(wù)，得到了比較滿意的結(jié)果。
【附圖說明】
[0025]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0026]圖1為本發(fā)明一實施例中正常工作時多機器人間通訊示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明一實施例中某工位機器人發(fā)生故障時通訊示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明一實施例中備用機器人工作時多機器人間通訊示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明一實施例中基于Ether CAT通信總線實現(xiàn)的通信系統(tǒng)示意圖；
[0030]圖5為本發(fā)明一實施例中通訊報文格式示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0032]本發(fā)明主要是一種針對于多機器人系統(tǒng)的高可靠性控制技術(shù)，首先針對高可靠性系統(tǒng)的根本一一被控系統(tǒng)，提出了多機器人系統(tǒng)工作組劃分、物理拓撲設(shè)計。機器人有了物理結(jié)構(gòu)后需要控制器進行控制，基于上述的思路，本發(fā)明提出了多機器人系統(tǒng)及其通信系統(tǒng)。
[0033]如圖1所示，在一實施例中，多機器人系統(tǒng)，包括:由工作機器人構(gòu)成的工作組，以及由備用機器人構(gòu)成的備用工作組。
[0034]工位上的工作機器人、備用機器人各自有自身的控制器。當(dāng)設(shè)備正常工作時工位上的工作機器人與主控制器進行通訊完成生產(chǎn)操作；當(dāng)某工位上的工作機器人出現(xiàn)故障時，備用機器人替代故障的工作機器人和主控制器通訊，完成對工件的加工任務(wù)。
[0035]根據(jù)多機器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明設(shè)計了多機器人系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，用于實現(xiàn)工作機器人、備用機器人、主控制器之間的通訊以及通訊控制。
[0036]具體的，一種多機器人系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0037]主控制器，配備有發(fā)送器及接收器，用于控制工作機器人、備用機器人；
[0038]工作機器人配備有發(fā)送器及接收器，
[0039]備用機器人配備有接收器；
[0040]所述工作機器人、備用機器人均設(shè)有自身的控制器，當(dāng)正常工作時，主控制器的發(fā)送器和所有工作機器人的接收器連接，工位上的工作機器人與主控制器進行通訊完成生產(chǎn)操作；當(dāng)某工位上的工作機器人出現(xiàn)故障時，故障機器人通過發(fā)送器發(fā)送故障消息給主控制器及備用機器人的接收器，備用機器人通過接收器重載控制器、替代故障機器人和主控制器通訊(此時，備用機器人轉(zhuǎn)換為工作機器人)，完成對工件的加工任務(wù)，同時主控制器斷開與故障機器人之間的通訊。
[0041]以下舉例介紹多機器人間的通訊及控制流程。
[0042]多機器人間通訊:主控制器和各工位上的機器人各自都配備有發(fā)送器及接收器，備用機器人配備有發(fā)送器。主控制器發(fā)送器通道初始值為0，發(fā)送器通道初始值為1 ;各工位上的機器人發(fā)送器通道初始值為1，接收器通道初始值為0 ;備用機器人接收器通道初始值為1。
[0043]1)、