[发明专利]基于无线通讯的智能多机器人控制系统

说明书

技术领域

本发明属于自动化领域，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。

背景技术

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。

发明内容

有鉴于此，本发明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。

本发明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，本发明具有如下的优点：