一种多移动机器人协同转运控制方法及系统技术方案

本发明专利技术属于智能控制相关技术领域，其公开了一种多移动机器人协同转运控制方法及系统，包括以下步骤：(1)在多个机器人子系统中任选两个机器人子系统构成协商领航层，剩余的机器人子系统构成跟随层；(2)协商领航层的机器人子系统同时接收指令后根据工件的目的地分别计算各自的目标位姿，并依据环境信息进行路径规划；(3)分别计算得到速度控制量；(4)协商确定沿工件方向的共同速度；(5)分别对各自原速度控制量进行修正以达到协同运行；同时，跟随层的机器人子系统以保证自身与协商领航层的两个机器人子系统的相对距离不变而进行动作控制。本发明专利技术提高了利用效率，节约了大量成本，且具有较好的通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种多移动机器人协同转运控制方法及系统
本专利技术属于智能控制相关
，更具体地，涉及一种多移动机器人协同控制方法及系统。
技术介绍
随着机器人技术的不断发展，越来越多的机器人被使用于智能工厂物料转运和智能仓储物料货物转运工作中。其中，智能移动机器人种类繁多、功能完备，它们在物料自动配送、自动转运中起到了巨大作用，为智能工厂和仓储系统提供了坚实的技术基础。但是在一些大工件转运的应用环境中，现有的智能机器人无法进行单台作业，对大工件货物进行搬运，必须通过两台甚至更多的机器人一起工作才有可能实现货物的转运。所以对多台机器人进行协同作业控制，实现了机器人共同搬运大型工件货物，且可以满足实际工况的需要。现有的多台移动机器人协同搬运货物时，多依靠工装将机器人进行柔性连接，或者使用拖车进行辅助搬运，这样被动跟随的机器人没有智能而言，这样的方法也使得机器人搬运系统缺乏灵活性，并且工装成本也较高。在协同工作的机器人系统中，移动机器人的轮子大多采用麦克纳姆轮，依靠轮子的平移特性，多台机器人也可以进行一致的移动，但是在遇到转弯的情况下就难以应付，故亟需做出进一步的完善及改进，以满足目前日益提高的工艺要求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，在对多移动机器人在智能工厂中的协同作业模式特征开展深入研究和分析的基础上，本专利技术提供了一种多移动机器人协同控制方法及系统，其一方面对于单智能移动机器人采用各类传感器模块来准确采集环境障碍信息和自身运行信息等在内的多种数据，另一方面还经过专门设计的控制决策算法来实现多移动机器人之间的沟通协商，进而达到协同搬运工件行走的目的，因而使得现有技术的智能移动机器人的应用场合得到加大扩展，为多台移动机器人协同搬运大工件的作业提供了有效保障。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种多移动机器人协同控制方法，所述控制方法包括以下步骤：(1)在多个机器人子系统中任选两个机器人子系统构成协商领航层，剩余的机器人子系统构成跟随层；其中被选中的两个机器人子系统分别命名为机器人子系统1及机器人子系统2，且两者用于协商领航，其余机器人子系统跟随以协同搬运；(2)下发搬运指令到每个机器人子系统，所述机器人子系统1及所述机器人子系统2同时接收指令后根据工件的目的地分别计算各自的目标位姿，并依据环境信息进行路径规划；(3)所述机器人子系统1及所述机器人子系统2分别依据各自的路径规划及位姿计算得到速度控制量；(4)所述机器人子系统1或者所述机器人子系统2获取所述机器人子系统2或者所述机器人子系统1的位姿及速度控制量，并将获取的数据与自身位姿及速度控制量进行对比计算，以协商确定沿工件方向的共同速度；(5)所述机器人子系统1及所述机器人子系统2分别依据所述共同速度对各自原速度控制量进行修正以达到协同运行；同时，跟随层的机器人子系统以协商领航层的两个机器人子系统为目标以保证自身与协商领航层的两个机器人子系统的相对距离不变而进行动作控制，由此多个机器人子系统协同完成工件转运。进一步地，机器人子系统1依据接收到的搬运指令来确定工件搬运的目的位姿[xg,yg,θg]，继而通过信息分析计算得到自身需到达的目标位姿[x1g,y1g,θ1g]，目标位姿采用以下公式进行计算，机器人子系统2同理：当机器人子系统1位于前端时，当机器人子系统1位于后端时，式中，[xg,yg,θg]为调度系统所要求货物放置的位置姿态，即目的位姿；d1为机器人子系统1的支撑货架到工件中心的距离。进一步地，协商领航层的机器人子系统根据自身的位姿信息及需到达的目标位姿进行路径f(x,y)的规划和行驶速度V的规划，行驶速度V采用以下公式来计算得出：：(i)当且时，(ii)当且时，其中，V0为针对轮式机器人预设的减速截止速度，且表示对应的减速时间，表示对应的减速距离，t表示时间变量；Vmax和amax分别为针对轮式机器人预设的行驶最大速度和行驶最大加速度；为机器人的剩余行驶距离；(xg,yg)和(x,y)分别为目标坐标和机器人当前位置坐标。进一步地，协商领航层的机器人子系统以自身位姿与规划路径f(x,y)上点的误差为输入，并按照行驶速度V计算出使得机器人子系统按照规划路径进行运动的左右车轮速度控制量[vl,vr]，速度控制量[vl,vr]采用以下公式来计算得出：其中，V为机器人的行驶速度，机器人子系统的规划模块已进行规划；L为机器人左右车轮之间的距离；k1和k2为控制参数，其值是依据实际情况在0.1至2之间进行调整的；Δy为机器人当前位置与预设轨迹的横向误差；Δθ为机器人当前姿态与追踪点姿态的角度差值。进一步地，机器人子系统1首先由自身坐标[x1,y1]和机器人子系统2的位置[x2,y2]计算出工件货物的角度α；然后利用自身的姿态角度θ1和速度控制量[v1l,v1r]以及机器人子系统2的姿态角度θ2和速度控制量[v2l,v2r]分别计算出自身在工件货物方向上的分速度V1和机器人子系统2在工件方向上的分速度V2；通过协商算法使V1和V2趋于一致，以得到相同的分速度VZ。进一步地，协商算法采用以下公式进行：(i)当V1≠0且V2≠0时，(ii)当V1＝0或V2＝0时，Vz＝0其中，[x1,y1,θ1]为机器人子系统1的位姿；[x2,y2,θ2]为机器人子系统2的位姿；[v1l,v1r]为机器人子系统1的速度控制量；[v2l,v2r]为机器人子系统2的速度控制量；α为工件货物的姿态角度；V1为机器人子系统1在机器人子系统1和机器人子系统2连线方向上的速度；V2为机器人子系统2在机器人子系统1和机器人子系统2连线方向上的速度；VZ为经过协商之后，机器人子系统1和机器人子系统2均要在连线方向上达到的速度。进一步地，机器人子系统1采用以下公式对原速度控制量进行修正，机器人子系统2同理；(i)当V1＝0时，(ii)当V2＝0时，若cos(θ1-α)≠0，则若cos(θ1-α)＝0，则(iii)当V1≠0且V2≠0时，其中，[v1l,v1r]为机器人子系统1的原速度控制量；d为两机器人子系统搬运货物时相距的距离；L为机器人子系统的左右车轮距离；VZ为协商速度；V1为机器人子系统1在机器人子系统1和机器人子系统2连线方向上的速度；V2为机器人子系统2在机器人子系统1和机器人子系统2连线方向上的速度；θ1为机器人子系统1的姿态角度；α为机器人子系统1和机器人子系统2连线的角度。进一步地，跟随层的机器人子系统首先计算自身在机器人子系统1和机器人子系统2方向上的跟随速度；之后，对自身在机器人子系统1和机器人子系统2方向上的跟随速度进行补偿；接着，依据自身在机器人子系统1和机器人子系统2连线方向上的跟随分速度和计算得到自身的最终输出动作控制量[Vkl,Vkr]。进一步地，最终输出动作控制量采用以下公式进行计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多移动机器人协同转运控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(1)在多个机器人子系统中任选两个机器人子系统构成协商领航层，剩余的机器人子系统构成跟随层；其中被选中的两个机器人子系统分别命名为机器人子系统1及机器人子系统2，且两者用于协商领航，其余机器人子系统跟随以协同搬运；/n(2)下发搬运指令到每个机器人子系统，所述机器人子系统1及所述机器人子系统2同时接收指令后根据工件的目的地分别计算各自的目标位姿，并依据环境信息进行路径规划；/n(3)所述机器人子系统1及所述机器人子系统2分别依据各自的路径规划及位姿计算得到速度控制量；/n(4)所述机器人子系统1或者所述机器人子系统2获取所述机器人子系统2或者所述机器人子系统1的位姿及速度控制量，并将获取的数据与自身位姿及速度控制量进行对比计算，以协商确定沿工件方向的共同速度；/n(5)所述机器人子系统1及所述机器人子系统2分别依据所述共同速度对各自原速度控制量进行修正以达到协同运行；同时，跟随层的机器人子系统以协商领航层的两个机器人子系统为目标以保证自身与协商领航层的两个机器人子系统的相对距离不变而进行动作控制，由此多个机器人子系统协同完成工件转运。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多移动机器人协同转运控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在多个机器人子系统中任选两个机器人子系统构成协商领航层，剩余的机器人子系统构成跟随层；其中被选中的两个机器人子系统分别命名为机器人子系统1及机器人子系统2，且两者用于协商领航，其余机器人子系统跟随以协同搬运；
(2)下发搬运指令到每个机器人子系统，所述机器人子系统1及所述机器人子系统2同时接收指令后根据工件的目的地分别计算各自的目标位姿，并依据环境信息进行路径规划；
(3)所述机器人子系统1及所述机器人子系统2分别依据各自的路径规划及位姿计算得到速度控制量；
(4)所述机器人子系统1或者所述机器人子系统2获取所述机器人子系统2或者所述机器人子系统1的位姿及速度控制量，并将获取的数据与自身位姿及速度控制量进行对比计算，以协商确定沿工件方向的共同速度；
(5)所述机器人子系统1及所述机器人子系统2分别依据所述共同速度对各自原速度控制量进行修正以达到协同运行；同时，跟随层的机器人子系统以协商领航层的两个机器人子系统为目标以保证自身与协商领航层的两个机器人子系统的相对距离不变而进行动作控制，由此多个机器人子系统协同完成工件转运。


2.如权利要求1所述的多移动机器人协同转运控制方法，其特征在于：机器人子系统1或机器人子系统2依据接收到的搬运指令来确定工件搬运的目的位姿[xg,yg,θg]，继而通过信息分析计算得到自身需到达的目标位姿[x1g,y1g,θ1g]或[x2g,y2g,θ2g]，其中，机器人子系统1的目标位姿采用以下公式进行计算：
当机器人子系统1位于前端时，
当机器人子系统1位于后端时，
式中，[xg,yg,θg]为调度系统所要求货物放置的位置姿态，即目的位姿；d1为机器人子系统1的支撑货架到工件中心的距离。


3.如权利要求2所述的多移动机器人协同转运控制方法，其特征在于：协商领航层的机器人子系统根据自身的位姿信息及需到达的目标位姿进行路径f(x,y)的规划和行驶速度V的规划，行驶速度V采用以下公式来计算得出：
(i)当且时，
(ii)当且时，
其中，V0为针对轮式机器人预设的减速截止速度，且表示对应的减速时间，表示对应的减速距离，t表示时间变量；Vmax和amax分别为针对轮式机器人预设的行驶最大速度和行驶最大加速度；为机器人的剩余行驶距离；(xg,yg)和(x,y)分别为目标坐标和机器人当前位置坐标。


4.如权利要求3所述的多移动机器人协同转运控制方法，其特征在于：协商领航层的机器人子系统以自身位姿与规划路径f(x,y)上点的误差为输入，并按照行驶速度V计算出使得机器人子系统按照规划路径进行运动的左右车轮速度控制量[vl,vr]，速度控制量[vl,vr]采用以下公式来计算得出：






其中，V为机器人的行驶速度，机器人子系统的规划模块已进行规划；L为机器人左右车轮之间的距离；k1和k2为控制参数，其值依据实际情况在0.1至2之间进行调整；Δy为机器人当前位置与预设轨迹的横向误差；Δθ为机器人当前姿态与追踪点姿态的角度差值。


5.如权利要求1所述的多移动机器人协同转运控制方法，其特征在于：机器人子系统1或2首先由机器人子系统1的位置[x1,y1]和机器人子系统2的位置[x2,y2]计算出工件货物的角度α；然后利用机器人子系统1的姿态角度θ1和速度控制量[v1l,v1r]以及机器人子系统2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建魁，岳晓，金卓鑫，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42