基于无线通讯的智能多机器人控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无线通讯的智能多机器人控制系统，包括中控系统、工业机器人工作站系统和移动机器人运送系统，中控系统，包括工业PC和工业机器人控制系统，工业机器人控制系统包括PLC处理器模块，PLC处理器模块通过EtherCAT与工业PC相连；工业机器人工作站系统，包括工业机器人，工业机器人均为6DOF的串联机器人，工业机器人的控制系统包括嵌入式运动控制器、伺服驱动器、传感器和控制开关；嵌入式运动控制器通过EtherCAT连接工业PC，通过数字输入输出接口分别连接伺服驱动器、传感器和控制开关；移动机器人运送系统包括机载计算机、嵌入式ARM控制器、电机驱动、编码器、惯性测量单元、激光雷达和无线WIFI通讯模块。本发明专利技术具有开发效率高，算法实现容易的特点。

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.

【技术实现步骤摘要】
基于无线通讯的智能多机器人控制系统
本专利技术属于自动化领域，具体涉及一种基于机器人操作系统ROS和无线通讯的智能多机器人控制系统，主要用于对机械零部件加工装配等的全自动化生产线领域。
技术介绍
目前工业机器人技术已经趋于成熟，并应用到了各工业自动化生产线中，但是工业机器人仍旧采取示教再现的工作模式，对于一款新的加工产品编程任务异常繁重。在对生产线的柔性制造能力要求不断提高的背景下，对工业机器人软件开发的高效性、可移植性等方面也提出了更高的要求。同时，随着物联网技术的不断推进和工业4.0智慧工厂的提出，要求生产线的全自动化程度进一步提高，要求协调工作站工业机器人系统与工业机器人运送系统，最终形成无人全智能型的自动化生产线。随着近年出现的机器人操作系统ROS为这一工作提供了良好平台，ROS系统基于一种点对点的软件通讯机制，同时包括了串联式工业机器人控制算法组件，工业机器人定位导航功能组件及各种通讯组件，而且可以集成OpenCV、OROCOS等开源软件，大大提高了多机器人协作的智能型控制系统的开发效率。基于无线通讯的多机器人控制系统，需要进行工业机器人的运动学及轨迹规划求解、移动机器人的运动学及路径规划与定位导航计算，以及各机器人之间的通讯和协同作业调度，对于控制系统硬件和控制算法实现有着较高要求，现有技术在工业机器人及移动机器人的实时协同作业方面还存在不足。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供基于无线通讯的智能多机器人控制系统，可以实现全自动化无人生产线。本专利技术的目的是通过这样的技术方案实现的，一种基于无线通讯的智能多机器人控制系统，包括中控系统、工业机器人工作站系统和工业机器人运送系统，中控系统，包括工业PC和工业机器人控制系统，工业机器人控制系统包括PLC处理器模块，PLC处理器模块通过EtherCAT与工业PC相连；工业机器人工作站系统，包括工业机器人，工业机器人均为6DOF的串联机器人，工业机器人的控制系统包括嵌入式运动控制器、伺服驱动器、传感器和控制开关；嵌入式运动控制器通过EtherCAT连接工业PC，通过数字输入输出接口分别连接伺服驱动器、传感器和控制开关；工业机器人运送系统包括机载计算机、嵌入式ARM控制器、电机驱动、编码器、惯性测量单元、激光雷达和无线WIFI通讯模块。进一步，所述工业PC中安装UBUNTU操作系统与机器人操作系统ROS及Moveit！组件，并安装OROCOS开源机器人控制软件包；工业PC与PLC处理器模块及嵌入式运动控制器之间采用socket通讯，工业PC与工业机器人采用无线WIFI通讯；工业PC发送指令至嵌入式运动控制器，并接收嵌入式运动控制器反馈的编码器数据；所述工业机器人的机载计算机与嵌入式运动控制器均安装UBUNTU操作系统与机器人操作系统ROS及Moveit！组件。进一步，所述工业PC使用机器人操作系统ROS中的话题实现工业PC上节点与工业机器人嵌入式运动控制器上节点、工业机器人机载计算机上节点的通讯；工业PC获取工业机器人传递过来的所处的空间位置信息，将运动指令传递给工业机器人嵌入式运动控制器。进一步，所述的工业PC调用ROS的Moveit！并结合OROCOS软件包的KDL组件进行工业机器人运动学计算和轨迹规划，通过socket向工业机器人嵌入式运动控制器发送目标位置指令，并实时获取工业机器人当前位置，同时利用机器人操作系统ROS中Rviz工具实时显示工业机器人的运动。进一步，所述工业机器人运送系统包括底层运动控制模块(该模块的作用是什么)、信号采集与处理模块(该模块的作用是什么)、路径规划和定位导航算法模块(该模块的作用是什么)；进一步，路径规划和定位导航模块通过A*最优路径算法以costmap的最小代价路径作为工业机器人运动的全局路径，使用动态窗口法进行局部路径规划，并利用AMCL算法对工业机器人的位姿进行跟踪；所述的A*最优路径算法是基于深度优先的启发式搜索算法；所述动态窗口法在速度空间(v，w)中进行多组数据的采样得到多组轨迹的估计，对这些轨迹进行评价，选取出最优局部轨迹对应的速度发布给机器人；所述AMCL算法是自主工业机器人在二维环境下的一种基于概率的定位系统，它采用自适应或者KLD采样蒙特卡洛方法进行定位，并且使用粒子滤波对工业机器人在地图中进行位姿跟踪。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：本专利技术采用ROS软件和OROCOS开源软件包进行工业机器人控制系统软件开发，具有开发效率高，算法实现容易的特点，并利用A*最优路径算法和AMCL算法进行移动机器人定位导航和路径规划完成了移动机器人的控制软件开发，最终通过无线通讯网络实现了智能多机器人控制系统的开发。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：图1为本专利技术工业机器人工作站系统示意图；图2为本专利技术基于无线通讯的多机器人控制系统示意图；图3为本专利技术工业PC与工业机器人及工业机器人的节点与话题示意图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。附图1为本专利技术的工业机器人工作站系统，包括装配机器人1、焊接机器人3、打磨机器人4、测量机器人2及逆装配机器人5，各机器人均为包括嵌入式运动控制器的6DOF，各工位配备工装夹具；工业机器人嵌入式运动控制器与所述的中控系统之间利用socket通讯，接收中控系统下发的控制指令并反馈编码器信号；工业机器人嵌入式运动控制器与PLC处理器、PLCI/O之间通过Modbus总线通信；附图2为本专利技术的基于无线通讯的多机器人控制系统，包括工业PC、工业机器人控制系统与通讯系统、工业机器人运送系统；其中，工业机器人控制系统包括：变压器、空气开关、滤波器、接触器、继电器、开关电源、PLC处理器模块，用于控制各工业机器人的启动和停止，其中，PLC处理器模块通过EtherCAT与工业PC相连；工业机器人工作站系统，包括装配机器人、焊接机器人、打磨机器人、测量机器人及逆装配机器人，各机器人均为6DOF的串联机器人，其控制系统包括嵌入式运动控制器、伺服驱动器、传感器和控制开关；嵌入式运动控制器通过EtherCAT连接工业PC，通过数字输入输出接口分别连接伺服驱动器、传感器和控制开关；工业机器人运送系统，包括机载计算机、嵌入式ARM控制器、电机驱动、编码器、惯性测量单元、激光雷达和无线WIFI通讯模块。附图3为工业PC与工业机器人及工业机器人的节点与话题。Robot_Interface、Robot_Receptor为工业机器人节点，Center_Receptor、StationRobot、Center_Interface为运行在工业PC上的节点,StationRobot_Motion为运行在工业机器人嵌入式运动控制器上的节点。Robot_Receptor将工业机器人的位置速度等状态信息以话题/msg_to传递给工业PC节点Center_Receptor；Center_Receptor接收到来自工业机器人节点Robot_Receptor的话题/msg_to，分析该话题中包含的工业机器人位置速度信息，如果信息显示工业机器人已到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线通讯的智能多机器人控制系统，其特征在于：包括中控系统、工业机器人工作站系统和移动机器人运送系统，中控系统，包括工业PC和工业机器人控制系统，工业机器人控制系统包括PLC处理器模块，PLC处理器模块通过EtherCAT与工业PC相连；工业机器人工作站系统，用于完成工业机器人控制算法实现、与及人机交互功能；移动机器人运送系统，用于完成各工业机器人工作站之间的物料传递功能。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线通讯的智能多机器人控制系统，其特征在于：包括中控系统、工业机器人工作站系统和移动机器人运送系统，中控系统，包括工业PC和工业机器人控制系统，工业机器人控制系统包括PLC处理器模块，PLC处理器模块通过EtherCAT与工业PC相连；工业机器人工作站系统，用于完成工业机器人控制算法实现、与及人机交互功能；移动机器人运送系统，用于完成各工业机器人工作站之间的物料传递功能。2.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯的智能多机器人控制系统，其特征在于：所述工业PC中安装UBUNTU操作系统与机器人操作系统ROS及Moveit！组件，并安装OROCOS开源机器人控制软件包；工业PC与PLC处理器模块及嵌入式运动控制器之间采用socket通讯，工业PC与工业机器人采用无线WIFI通讯；工业PC发送指令至嵌入式运动控制器，并接收嵌入式运动控制器反馈的编码器数据；所述工业机器人的机载计算机与嵌入式运动控制器均安装UBUNTU操作系统与机器人操作系统ROS及Moveit！组件。3.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯的智能多机器人控制系统，其特征在于：所述工业PC使用机器人操作系统ROS中的话题实现工业PC上节点与工业机器人嵌入式运动控制器上节点、工业机器人机载计算机上节点的通讯；工业PC获取工业机器人传递过来的所处的空间位置信息，将运动指令传递给工业机器人嵌入式运动控制器。4.根据权利要求2所述的一种基于无线通讯的智能多机器人控制系统，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：向洋，谢毅，傅舰艇，熊亮，王黎，张敏锐，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆,50