[发明专利]一种基于分布式时钟的多机器人控制同步系统及方法

说明书

一种基于分布式时钟的多机器人控制同步系统及方法。本发明公开了一种分布式控制系统和方法。该系统包括主控制器和多个从控制器，主控制器用于获取多个从控制器的链路结构以确定分布式控制系统的网络拓扑结构，对多个从控制器完成初始化；还用于获取多个从控制器的时间戳信息，分别计算每一从控制器相对于主控制器的传导延时和初始偏差，判断多个从控制器与主控制器是否同步；其中，若是，则设置分布式控制系统的同步周期，在同步周期内，主控制器与多个从控制器之间进行数据交互并进行时钟漂移补偿。本发明还提供一种分布式控制方法。本发明通过有效提高了网络带宽利用率，并且降低控制系统之间连线的复杂性，保证各个控制器之间抖动降到最低。

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，特别涉及一种基于分布式时钟的多机器人同步控制系统及方法。

背景技术

随着自动化行业的不断发展，各生产线对产品的生产效率以及产品质量提出了更高的要求。柔性化、集成化、多任务、同步化等成为机器人控制系统必须具备的特性。为满足现代制造业的要求，多机器人协同工作成为发展趋势；基于此，如何在开放体系结构的软硬件基础上实现多台机器人协同运动控制成为目前工业机器人领域研究的重点之一。

针对多机器人的同步控制技术，目前已有以下几种控制策略：(1)多台机器人控制器独立工作，其相互之间的同步控制通过IO(Input/Output，输入/输出)或是通信指令实现；(2)分布式集中控制策略，即对每台机器人控制器进行单一控制，然后再由主调度控制器完成任务调度和命令的交互；(3)多通道机器人控制系统策略，即采用一台处理器完成多个机器人模型、轨迹规划的实现，如YAMAHA公司的MCX440、ABB公司的IRC5等；(4)基于时钟同步的多机器人同步控制策略，即采用多台控制器独立控制各个机器人，通过一个独立的时钟信号保证伺服序列的通信响应，使其达到同步目的，如KUKA公司的多机器人协作组。

对于上述控制策略一和控制策略二，控制器之间通过IO或是指令来实现同步，该策略仅在指令上实现动作同步，其相应柔性效果比较差；另外，由于IO或是指令的发起、传输、解析存在一定延时性，同时并不能解除各个控制器时钟偏差，因此只能实现简单的同步处理。

多通道机器人控制策略采用一台控制系统实现多台机器人建模和轨迹规划。由于所有机器人都在一台控制系统的控制下工作，则不存在同步性的问题。但是基于该控制策略的机器人控制系统受限于主控制器的处理能力，一般能够实现的通道数量不多。而随着生产工艺不断进步，要求协同机器人工作组中机器人的数量不断增加，该策略显然不能够满足这一要求。

对于基于时钟同步的多机器人同步控制策略，在多机器人工作组中具备较高同步性能和高度的控制精度，并且对机器人的数量没有限制。但是机器人工作组间数据通信效率以及时钟同步算法方面仍然存在可提高的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分布式时钟的多机器人同步控制系统及方法。

本发明为了达到上述目的，采用的技术方案是：一种分布式控制系统，包括主控制器和多个从控制器，所述主控制器与所述多个从控制器之间采用级联网络连接；所述主控制器包括初始化单元、偏差计算单元、同步判断单元以及补偿单元，其中：

所述初始化单元，用于获取所述多个从控制器的链路结构以确定所述分布式控制系统的网络拓扑结构，并根据所述网络拓扑结构，对所述多个从控制器完成初始化；

所述偏差计算单元，用于获取所述多个从控制器的时间戳信息，分别计算每一所述从控制器相对于所述主控制器的传导延时和初始偏差；

所述同步判断单元，根据所述传导延时和所述初始偏差，判断所述多个从控制器与所述主控制器是否同步；

所述补偿单元，用于在所述多个从控制器与所述主控制器同步时，设置所述分布式控制系统的同步周期，在所述同步周期内，所述主控制器与所述多个从控制器之间进行数据交互并进行时钟漂移补偿。