CN103433926B - 一种多机器人协调控制装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多机器人协调控制装置及其方法。该装置包括工控计算机、运动控制器、上料机器人控制器、板料加工设备、下料机器人控制器、上料机器人、下料机器人；所述工控计算机与运动控制器连接，运动控制器与上料机器人控制器连接，板料加工设备分别与上料机器人控制器和下料机器人控制器连接，上料机器人控制器与上料机器人连接，下料机器人控制器与下料机器人连接；通过读取存储在运动控制器中工序寄存器中的值，判断加工设备是否正在对物料进行加工，若否则上料机器人执行上料任务，而下料机器人则处于等待状态，上料完毕时工序寄存器中的值被取反，则下料机器人执行下料任务。本发明使多机器人加工过程更具连贯性，大大提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化生产领域，特别是一种多机器人协调控制装置及其方法。
背景技术
随着社会的发展，机器人的应用领域不断扩展，从自动化生产线到海洋资源的探索乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在。区别于单机器人系统，多机器人系统由于其时间、空间、功能、信息和资源的分布性特点，表现出极大的优越性。
多机器人协调是指在一个多机器人系统中，每一个机器人要采取行动时，要考虑系统中其它机器人的行动，以达到机器人间协调一致、高性能地完成任务。也就是说，多机器人协调是指针对某一事件，各机器人采取的响应行动的同步化。目前多机器人协调控制的方法很多，但各个机器人的动作执行与否，完全依赖装在相应位置的传感器信息。当加工过程复杂时，则安装的传感器数量相应增多，增加了大量的布线接线工作，因此降低了系统的可靠性，同时也降低了系统的柔性，很难满足实际工业生产线产品多样化的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可靠性高、应用灵活的多机器人协调控制装置及其方法，能够调度多个机器人进行协同作业，完成复杂的生产工序。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种多机器人协调控制装置，包括工控计算机、运动控制器、上料机器人控制器、板料加工设备、下料机器人控制器、上料机器人、下料机器人；所述工控计算机的网口通过网线与运动控制器的输入端网口连接，运动控制器的输出端网口通过网线与上料机器人控制器的网口连接，板料加工设备分别通过网线与上料机器人控制器和下料机器人控制器连接，上料机器人控制器的控制输出端与上料机器人连接，下料机器人控制器的控制输出端与下料机器人连接；工控计算机发出运行指令给运动控制器，运动控制器首先通过上料机器人控制器控制上料机器人完成上料任务、然后控制板料加工设备加工物料，最后通过下料机器人控制器控制下料机器人完成下料任务。
一种多机器人协调控制方法，包括以下步骤：
步骤1，在运动控制器中设置上料寄存器、加工运行寄存器和取料寄存器，并对各个寄存器进行初始化；
步骤2，工控计算机发出运行指令给运动控制器，运动控制器对上料寄存器置位后通过上料机器人控制器控制上料机器人执行上料任务；
步骤3，判断上料寄存器是否复位，如果上料寄存器没有复位，则返回步骤2继续执行上料任务，否则进入步骤4；
步骤4，运动控制器对加工运行寄存器置位，板料加工设备对物料进行加工，板料加工设备完成加工后，加工运行寄存器复位；
步骤5，运动控制器对取料寄存器置位，并通过下料机器人控制器控制下料机器人执行下料任务；
步骤6，判断取料寄存器是否复位，如果取料寄存器没有复位，则返回步骤5继续执行下料任务，否则返回步骤2执行下一次上料任务。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）采用主从式的结构，高效的分配了系统的资源，使资源利用更加合理；（2）采用Profibus总线和Ethernet总线进行相应的通讯，速度更快，线束使用更少，在提高系统性能的同时，降低了硬件的成本；（3）多机器人的协调工作，能够完成更加复杂的生产加工工序，扩展了生产线的生产性能；（4）生产工序如果发生变化，只需要从程序上重新进行协调规划，即可投入新的生产任务，提高了系统的柔性。
附图说明
图1是本发明多机器人协调控制装置的结构示意图。
图2是本发明多机器人协调控制方法的流程图。
图3是本发明多机器人协调控制方法中执行上料任务的流程图。
图4是本发明多机器人协调控制方法中执行下料任务的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
结合图1，本发明多机器人协调控制装置，包括工控计算机1、运动控制器2、上料机器人控制器3、板料加工设备4、下料机器人控制器5、上料机器人7、下料机器人9；所述工控计算机1的网口通过网线与运动控制器2的输入端网口连接，运动控制器2的输出端网口通过网线与上料机器人控制器3的网口连接，板料加工设备4分别通过网线与上料机器人控制器3和下料机器人控制器5连接，上料机器人控制器3的控制输出端与上料机器人7连接，下料机器人控制器5的控制输出端与下料机器人9连接；工控计算机1发出运行指令给运动控制器2，运动控制器2首先通过上料机器人控制器3控制上料机器人7完成上料任务、然后控制板料加工设备4加工物料，最后通过下料机器人控制器5控制下料机器人9完成下料任务。
所述板料加工设备4的下方设置有工作台8，并且工作台8的上料机器人7一侧设有物料堆放托架6，工作台8的下料机器人9一侧设有成品堆放托架10。
所述工控计算机1与运动控制器2之间采用Ethernet总线协议进行通讯，上料机器人控制器3、板料加工设备4、下料机器人控制器5之间采用Profibus总线协议进行通讯。
所述上料机器人7、下料机器人9的数量均为1个或多个，可根据实际需要进行增减，最大允许数量由运动控制器2的性能决定。
所述运动控制器2为KEBA公司的 CP 25X控制器，上料机器人控制器3、下料机器人控制器5为FANUC公司的10KG六关节工业机器人控制器。
结合图2，本发明多机器人协调控制方法，包括以下步骤：
步骤1，在运动控制器2中设置上料寄存器、加工运行寄存器和取料寄存器，并对各个寄存器进行初始化；
步骤2，工控计算机1发出运行指令给运动控制器2，运动控制器2对上料寄存器置位后通过上料机器人控制器3控制上料机器人7执行上料任务；结合图3，具体过程如下：
第1步，运动控制器2将剩余物料数量与数据库中数量进行比较，根据比较结果确定应取物料中点的空间坐标；
第2步，根据应取物料中点的空间坐标值，运动控制器2规划上料机器人7末端夹具的取料轨迹；
第3步，上料机器人控制器3根据取料轨迹驱动上料机器人7完成相应的取料动作，并将物料送至送料口；
第4步，判断加工运行寄存器是否复位，若否则继续等待，直至加工运行寄存器复位然后判断取料寄存器是否复位，若否则继续等待，直至取料寄存器复位则置位上料寄存器，然后上料机器人7将物料送至工作台设定位置；
第5步，判断上料任务是否完毕， 若未完毕则返回第1步，若完毕则复位上料寄存器，并且上料机器人7退回至送料口。
步骤3，判断上料寄存器是否复位，如果上料寄存器没有复位，则返回步骤2继续执行上料任务，否则进入步骤4；
步骤4，运动控制器2对加工运行寄存器置位，板料加工设备4对物料进行加工，板料加工设备4完成加工后，加工运行寄存器复位；
步骤5，运动控制器2对取料寄存器置位，并通过下料机器人控制器5控制下料机器人9执行下料任务；结合图4，具体过程如下：
第1步，根据已经堆放的成品数确定下一成品的空间坐标；
第2步，根据下一成品的空间坐标，运动控制器2规划下料机器人9的成品摆放轨迹；
第3步，判断加工运行寄存器是否复位，若否则继续等待，直至加工运行寄存器复位然后置位取料寄存器；
第4步，下料机器人9按照第1步确定的坐标值和第2步中规划的摆放轨迹抓取并摆放成品；
第5步，判断下料任务是否完毕，若未完毕则返回第4步，若完毕则复位取料寄存器。
步骤6，判断取料寄存器是否复位，如果取料寄存器没有复位，则返回步骤5继续执行下料任务，否则返回步骤2执行下一次上料任务。
实施例1
根据图1，以系统具有两台机器人、一台加工设备为例，说明系统运行过程：
在运动控制器2中上料寄存器、加工运行寄存器和取料寄存器，分别存储机器人及加工设备的工位状态，以便充分协调各设备的动作。上料机器人7的运行过程分为取料动作和放料动作，取料过程根据物料堆放区域物料的减少，自动计算抓取的位置。抓取完毕，根据预设的轨迹，将物料举到工作台旁特定的位置，待加工设备加工完毕，执行放料动作，将物料放置在工作台的特定位置，具体过程如下：
设备启动时，首先启动工控计算机1的组态界面，进入人机交互界面，等待操作人员进行相应操作。当工控计算机1发出运行指令给运动控制器2时，运动控制器2调取协调控制器主任务，如图2所示，首先进行相应初始化，初始化完成后执行上料机器人7上料子任务，首次运行，工作台8上并无物料，上料子任务流程如图3所示，初始化完成后，将当前剩余物料数量与数据库数量进行比较，根据比较结果计算应取物料中点的空间坐标，便于计算机器人抓取的位置（进行此计算的前提是每块物料具有已知的外形尺寸）。根据此中点空间坐标值，运动控制器2可以规划机器人上料机器人7的末端夹具取料轨迹，上料机器人控制器3根据此轨迹值驱动上料机器人7完成相应的取料动作，并将物料送至送料口。判断加工运行寄存器是否复位，若否则持续等待，直至其复位，判断取料寄存器是否复位，若否则持续等待，直至其复位，置位上料寄存器，将物料送至工作台规划位置，判断上料是否完毕，若已完毕则复位上料寄存器，并将上料机器人7的末端夹具退回到送料口位置等待，若未完毕，重复执行再一次的取料动作，直至完毕返回主任务。
根据图2，上料机器人7上料完毕后，运动控制器2判断上料寄存器是否复位，若否，重复执行上料任务，若是则表明上料完毕，将加工运行寄存器置位，板料加工设备4开始加工，直至加工完成，复位加工运行寄存器，置位取料寄存器，执行下料任务。
下料任务如图4所示，首先进行初始化，再根据已经堆放的成品数确定下一成品的空间坐标，规划下料机器人9成品摆放轨迹，判断加工运行寄存器是否复位，若否则表明加工设备正在运行，此时不可取料，直至加工运行寄存器复位，置位取料寄存器，下料机器人9按照确定的坐标值和规划的路径抓取摆放成品，直至下料完毕，返回主任务。
由于加工设备会将上料完毕的物料加工成多块物料，所以往往一次上料后需多次下料才能将加工完成物料转移完毕。完成一次下料后，主程序继续判断取料寄存器是否复位，若否则再次执行下料程序直至下料完成，然后重新执行上料程序，如此往复，直至物料加工完毕。
综上所述，本发明多机器人协调控制装置采用主从式的结构，高效的分配了系统的资源，使资源利用更加合理；采用Profibus总线和Ethernet总线进行相应的通讯，速度更快，线束使用更少，在提高系统性能的同时，降低了硬件的成本；多机器人的协调工作，能够完成更加复杂的生产加工工序，扩展了生产线的生产性能；生产工序如果发生变化，只需要从程序上重新进行协调规划，即可投入新的生产任务，提高了系统的柔性，具有广阔的应用前景。
Claims (7)
1.一种多机器人协调控制装置，其特征在于，包括工控计算机(1)、运动控制器(2)、上料机器人控制器(3)、板料加工设备(4)、下料机器人控制器(5)、上料机器人(7)、下料机器人(9)；所述工控计算机(1)的网口通过网线与运动控制器(2)的输入端网口连接，运动控制器(2)的输出端网口通过网线与上料机器人控制器(3)的网口连接，板料加工设备(4)分别通过网线与上料机器人控制器(3)和下料机器人控制器(5)连接，上料机器人控制器(3)的控制输出端与上料机器人(7)连接，下料机器人控制器(5)的控制输出端与下料机器人(9)连接；
工控计算机(1)发出运行指令给运动控制器(2)，运动控制器(2)首先通过上料机器人控制器(3)控制上料机器人(7)完成上料任务、然后控制板料加工设备(4)加工物料、最后通过下料机器人控制器(5)控制下料机器人(9)完成下料任务。
2.根据权利要求1所述的多机器人协调控制装置，其特征在于，所述板料加工设备(4)的下方设置有工作台(8)，并且工作台(8)的上料机器人(7)一侧设有物料堆放托架(6)，工作台(8)的下料机器人(9)一侧设有成品堆放托架(10)。
3.根据权利要求1所述的多机器人协调控制装置，其特征在于，所述工控计算机(1)与运动控制器(2)之间采用Ethernet总线协议进行通讯，上料机器人控制器(3)、板料加工设备(4)、下料机器人控制器(5)之间采用Profibus总线协议进行通讯。
4.根据权利要求1所述的多机器人协调控制装置，其特征在于，所述上料机器人(7)、下料机器人(9)的数量均为多个。
5.一种多机器人协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在运动控制器(2)中设置上料寄存器、加工运行寄存器和取料寄存器，并对各个寄存器进行初始化；
步骤2，工控计算机(1)发出运行指令给运动控制器(2)，运动控制器(2)对上料寄存器置位后通过上料机器人控制器(3)控制上料机器人(7)执行上料任务；
步骤3，判断上料寄存器是否复位，如果上料寄存器没有复位，则返回步骤2继续执行上料任务，否则进入步骤4；
步骤4，运动控制器(2)对加工运行寄存器置位，板料加工设备(4)对物料进行加工，板料加工设备(4)完成加工后，加工运行寄存器复位；
步骤5，运动控制器(2)对取料寄存器置位，并通过下料机器人控制器(5)控制下料机器人(9)执行下料任务；
步骤6，判断取料寄存器是否复位，如果取料寄存器没有复位，则返回步骤5继续执行下料任务，否则返回步骤2执行下一次上料任务。
6.根据权利要求5所述的多机器人协调控制方法，其特征在于，所述步骤2中执行上料任务，具体过程如下：
第1步，运动控制器(2)将剩余物料数量与数据库中数量进行比较，根据比较结果确定应取物料中点的空间坐标；
第2步，根据应取物料中点的空间坐标值，运动控制器(2)规划上料机器人(7)末端夹具的取料轨迹；
第3步，上料机器人控制器(3)根据取料轨迹驱动上料机器人(7)完成相应的取料动作，并将物料送至送料口；
第4步，判断加工运行寄存器是否复位，若否则继续等待，直至加工运行寄存器复位然后判断取料寄存器是否复位，若否则继续等待，直至取料寄存器复位则置位上料寄存器，然后上料机器人(7)将物料送至工作台设定位置；
第5步，判断上料任务是否完毕，若未完毕则返回第1步，若完毕则复位上料寄存器，并且上料机器人(7)退回至送料口。
7.根据权利要求5所述的多机器人协调控制方法，其特征在于，所述步骤5中执行下料任务，具体过程如下：
第1步，根据已经堆放的成品数确定下一成品的空间坐标；
第2步，根据下一成品的空间坐标，运动控制器(2)规划下料机器人(9)的成品摆放轨迹；
第3步，判断加工运行寄存器是否复位，若否则继续等待，直至加工运行寄存器复位然后置位取料寄存器；
第4步，下料机器人(9)按照第1步确定的坐标值和第2步中规划的摆放轨迹抓取并摆放成品；
第5步，判断下料任务是否完毕，若未完毕则返回第4步，若完毕则复位取料寄存器。
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