CN117644519A - 多机器人同步控制方法及***、多机器人同步工作站 - Google Patents
多机器人同步控制方法及***、多机器人同步工作站 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种多机器人同步控制方法及***、多机器人同步工作站，同步方法包括以下步骤：S1：将一机器人的控制***作为主控制***，主控制***配置两个EtherCAT主站；其它机器人的控制***作为从控制***，从控制***配置一个EtherCAT主站；S2：完成主控制***主站从站、从控制***主站从站连接配置；S3：使各控制***的控制周期同步；S4：主控制***统一控制各机器人，实现机器人间运动同步。通过EtherCAT使各控制***的控制周期同步，主控制***统一控制各机器人，实现机器人间运动同步。本发明可以更灵活配置机器人单机工作或者多机协同工作的效果。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制领域，更具体地，本发明涉及一种多机器人同步控制方法及***、多机器人同步工作站。
背景技术
随着工业机器人在自动化生产中的应用越来越广泛，应用领域越来越深入，在某些高精度或者高难度工艺应用场合，使用单一机器人已经不能满足对于自动化应用的需求，以此诞生了多机器人联动协作需求。机器人工业制造向精密化、灵敏化、柔性化发展，对控制***的追踪精度和
同步性能提出了更高的要求。而多机器人之间的控制同步问题不仅仅关系到控制多机器人协作的运行，更是关系到机器人控制和加工的精度。
发明内容
当多机器人需要协同运动时，一种可选方式为使用EtherCAT扩展能力，增加单个控制***连接的EtherCAT伺服数量，从机器人的控制***被抛弃使用，从机器人的控制***中各种资源不能被使用，如果从机器人的控制***电柜中有外部连线，则需要重新接线，造成了极大的浪费了，部署时间长，不具备灵活扩展能力。
本发明提供了一种多机器人同步控制方法及***、多机器人同步工作站，以期望利用EtherCAT技术解决现有多机器人联动控制中机器人间同步性差，增加了多机器人协同工作部署灵活性，达到“即连即用”的热插拔效果，以及多机器人联动动作不同步，机器人之间位姿共享时间滞后问题。
第一方面提供了一种多机器人同步控制方法，包括以下步骤：
S1：将一机器人的控制***作为主控制***，主控制***配置两个EtherCAT主站；其它机器人的控制***作为从控制***，从控制***配置一个EtherCAT主站；
S2：主控制***的EtherCAT主站连接其从站的输入端口，从站输出端口连接从控制***的EtherCAT从站的输入端口；上一从控制***的EtherCAT从站输出端口连接下一EtherCAT从站的输入端口；各控制***的EtherCAT主站连接对应机器人的电机驱动器；
S3：使各控制***的控制周期同步；
S4：主控制***统一控制各机器人，实现机器人间运动同步。
一种实施方式，S3中，使EtherCAT设备***时间相同，各EtherCAT从站同步输出信号，使控制***之间信号同步。各控制***从站芯片输出的信号同步指的是使各控制***ethercat从站发出的信号同时发生，控制***主处理器同步响应对应信号，同步执行控制指令，进而达到机器人动作同步。
一种实施方式，S4中，主控制***通过EtherCAT主站接收机器人反馈数据，建立各机器人空间关系，规划各机器人轨迹和逻辑控制，主控制***下发机器人指令至相应机器人的控制***；
各控制***获取本机器人指令，并上传本机器人反馈数据至主控制***；通过EtherCAT网络将对应的机器人指令分发到对应的伺服驱动，执行主控制***下发的指令，达到机器人动作同步。
所述机器人反馈数据包括位姿和状态等数据。
一种实施方式，控制***对应的EtherCAT从站周期同步产生2个信号，作为控制***中断输入，输出的信号具有先后顺序，前一信号发生时，主控制***下发机器人指令，接收各机器人反馈数据；后一信号发生时，各控制***执行主控制***下发的指令，达到机器人动作同步。
第二方面提供了一种多机器人同步控制***，包括：
主控制***模块，用于接收机器人位置反馈数据，建立各机器人空间关系并规划各机器人轨迹，向从控制***下发控制指令；
从控制***模块，用于获取本机器人轨迹和指令，并上传本机器人位置至主控制***；
EtherCAT模块，用于控制***与伺服驱动的数据传输，将控制***输出的轨迹数据分发到相应机器人伺服驱动，其中，主控制***配置两个EtherCAT主站，从控制***配置一个EtherCAT主站；以及用于各机器人之间的的通讯连接，实现主控制***和从控制***之间的数据传输。
第三方面，提供了一种多机器人同步工作站，包括：
至少两个机器人本体；
与机器人本体相匹配的伺服驱动***；
和如前所述的多机器人同步控制***，所述多机器人同步控制***与机器人本体相匹配的。
具体为，所述机器人本体上安装有主控制***模块或从控制***模块；
所述机器人本体上安装有伺服控制***，所述伺服控制***包括多个伺服驱动，伺服驱动受控制***模块从站控制运动，驱动机器人运动。
第四方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器，以及至少一个与所述处理器通信连接的存储器；
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前所述的多机器人同步控制方法。
第五方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行前述任一所述多机器人同步控制方法。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：机器人主控制***具有EtherCAT双主站和EtherCAT从站功能。该机器人控制***可以单独使用EtherCAT master0或者master1连接EtherCAT伺服控制机器人，也可以通过多个***组合的方式协同工作。具有灵活性好，可以更具应用灵活配置机器人单机工作或者多机协同工作的效果，具有更精确控制，不需辅助工具，部署简单等特点。
附图说明
图1为主控制***与EtherCAT连接关系示意图；从控制***与EtherCAT连接关系与其相似；
图2为主控制***各组件连接关系示意图；
图3是本发明提供的一种电子设备的结构示意图；
图4是本发明提供的一种非暂态计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号或字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
相关示意图如图1和2所示。
实施例一
一种多机器人同步控制方法，包括以下步骤：
开发同时支持EtherCAT从站和双主站的控制***，其中被选择用于从机器人的控制***可选择同样开发具备支持EtherCAT从站和双主站，或者支持EtherCAT从站和单主站；
如使用支持2个以上以太网的ARM处理器作为机器人控制***主控芯片，使得机器人控制***同时支持EtherCAT从站和双主站。
在本实施例中，所述两个以太网的ARM处理器为控制***处理器，处理器具有多个CPU核心和较高的主频，具有强大的运算性能，能够满足单控制器统一规划和控制多个机器人运动的运算能力。两个以太网使得控制***具有配置两个以上EtherCAT主站能力。
在本实施例中，使用SPI或并行总线在主控制芯片上扩展EtherCAT从站芯片，EtherCAT从站芯片一般支持SPI接口或者并行总线接口，使用SPI总线或并行总线连接EtherCAT从站芯片，将EtherCAT从站芯片信号SYNC0和SYNC1作为输出信号接入到主控制芯片，同时开发控制***EtherCAT从站软件功能，使得控制***具有EtherCAT从站通信能力。
将其中一个机器人的控制***作为主控制***，主控制***配置两个EtherCAT主站，命名为master0和master1；其它机器人的控制***作为从控制***，从控制***配置一个EtherCAT主站，命名为master1。主控制***和从控制***同时支持EtherCAT从站。
EtherCAT从站具有一个输入端口和一个输出端口，接线时使用链式连接。
主控制***的EtherCAT主站master0连接其从站的输入端口，主控制***的EtherCAT从站输出端口连接从控制***的EtherCAT从站的输入端口；上一从控制***的EtherCAT从站输出端口连接下一EtherCAT从站的输入端口。主控制***通过EtherCATmaster0和各控制***从站组成了一个控制***间的EtherCAT通信网络，控制***间的EtherCAT通信网络。
各控制***的EtherCAT master1分别连接本机器人EtherCAT从站伺服驱动器，组成了机器人控制的EtherCAT通信网络，称为机器人控制EtherCAT网络。通过EtherCAT使各控制***的控制周期同步，主控制***统一控制各机器人，实现机器人间运动同步。
在本实施例中，主/从控制***的EtherCAT master1与连接对应从站伺服；本实施例中机器人可以有多个从站伺服单元，可以是4轴、6轴、7轴等多轴机器人；以4轴机器人为例：主控制***EtherCAT master1与EtherCAT servoA1、eEtherCAT servoA2、EtherCATservoA3、EtherCAT servoA4连接；从控制***EtherCAT master1与EtherCATservoB1、EtherCATservoB2、EtherCATservoB3、EtherCATservoB4连接。
EtherCAT分布时钟(DC,Distributed Clock)可以使得所有的EtherCAT设备使用相同的时间***。从站设备可以根据同步的***时间产生同步信号，用于中断控制或触发数字量输入输出。
主控制***和各从控制***的机器人间EtherCATDC同步，EtherCAT分布时钟(DC,Distributed Clock)可以使得所有的EtherCAT设备使用相同的EtherCAT***时间，各控制***EtherCAT从站在相同的***时间下按照机器人控制要求，同步的***时间上产生同步SYNC0和SYNC1信号，这样各控制***间的SYNC0和SYNC1信号同步发生。在预设定的时间节点上产生周期信号，这样各控制***间的输出信号周期性同步发生。
主控制***使用机器人间EtherCAT网络，接收各机器人上传机器人位姿数据，建立各机器人的空间坐标关系，规划各机器人运动。
控制***中EtherCAT从站信号发生形成时间间隔，具有先后顺序。一种可实施的方式，控制***中EtherCAT从站SYNC0与SYNC1形成间隔，SYNC0先于SYNC1发生，信号的间隔要使控制***能够完成数据在两个EtherCAT网络之间的交互。
在第一个信号发生之前主控制***使用机器人间EtherCAT网络，完成主控制***和从控制***的数据交互，在第一个信号发生时控制***完成两个EtherCAT网络间的数据交换。对于被选择作为主控制***的机器人的控制***，主控制***需要控制其它机器人以及自身对应的机器人，对自身对应的机器人的控制也通过EtherCAT进行数据交互。
各控制***和本机器人EtherCAT伺服间EtherCAT DC同步。在第二个信号发生时，控制***通过master0接收各机器人伺服电机数据和下发各伺服电机运动指令。一种可实施的方式，第一个信号选自SYNC0，第二个信号选自SYNC1。
由于各机器人控制***间的两个信号同步发生，各机器人控制***利用两个信号同时执行控制***和EtherCAT伺服的通信和控制，各机器人同步动作的效果。
使用一个机器人控制***作为主控制***，实时获取各机器人的位姿，建立各机器人的空间关系，规划各机器人的运动，避免了机器人协同动作时机器人间位置数据共享不实时，造成机器人间位置关系不准确的问题。
实施例二
一种多机器人同步控制***，包括，
主控制***模块，用于接收机器人位置反馈数据，建立各机器人空间关系并规划各机器人轨迹，向从控制***下发控制指令；
从控制***模块，用于获取本机器人轨迹和指令，并上传本机器人位置至主控制***；
EtherCAT模块，用于控制***与伺服驱动的数据传输，将控制***输出的轨迹数据分发到相应机器人伺服驱动，其中，主控制***配置两个EtherCAT主站，从控制***配置一个EtherCAT主站；以及用于各机器人之间的的通讯连接，实现主控制***和从控制***之间的数据传输。
任意选择一机器人(记为机器人A)的控制***为主控制***，主控制***的EtherCAT master1分别连接不同的机器人A从站伺服；
参见图1，所述主控制***包括处理器和EtherCAT从站芯片，所述处理器和EtherCAT从站芯片通过总线连接；
其它机器人(记为机器人B)的控制***为从控制***，从控制***的EtherCATmaster1分别连接不同的机器人B从站伺服；
从控制***包括处理器和EtherCAT从站芯片，所述处理器和EtherCAT从站芯片通过总线连接；
主控制***的master0连接主控制***的EtherCAT从站接收端口，主控制***的EtherCAT从站发送端口连接从控制***的EtherCAT从站接收端口。
需要说明的是，所述机器人B数量可以超过1个，如图中所示的机器人C；进行接线时，接线从主控制***的master0的出发，连接主控制***的EtherCAT从站接收端口，主控制***的EtherCAT从站发送端口连接第一从控制***的EtherCAT从站接收端口；
第一从控制***的EtherCAT从站发送端口连接第二从控制***的EtherCAT从站接收端口；如此循环，直至所有的从控制***完成接线，实现数据的连接。
接线完成后，使用主控制***的EtherCAT master0配置主控制***的EtherCATslave和多个控制***B的EtherCAT slave DC同步，多个控制***之间具有相同的***时间；通过EtherCAT网络数据交换，使得主控制***的EtherCAT master1中伺服从站同步与多个从控制***的EtherCAT master1中伺服从站同步。
实施例三
一种多机器人同步工作站，包括：至少两个机器人本体；与机器人本体相匹配的伺服驱动***；和如前所述的多机器人同步控制***，所述多机器人同步控制***与机器人本体相匹配的。
所述机器人本体上安装有主控制***模块或从控制***模块；
所述机器人本体上安装有伺服控制***，所述伺服控制***包括多个伺服驱动，伺服驱动受控制***模块从站控制运动，驱动机器人运动。
实施例四
一种电子设备，参见图2，图3，包括：至少一个处理器，以及至少一个与所述处理器通信连接的存储器；
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如前所述的多机器人同步控制方法。
下面参考图3，其示出了适于用来实现本公开实施例的电子设备100的结构示意图。本公开实施例中的电子设备可以包括但不限于诸如电话、PAD、电脑等移动或固定终端。图3示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图3所示，电子设备100可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)101，其可以根据存储在只读存储器(ROM)102中的程序或者从存储装置108加载到随机访问存储器(RAM)103中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 103中，还存储有电子设备100操作所需的各种程序和数据。处理装置101、ROM 102以及RAM 103通过总线104彼此相连。输入/输出(I/O)接口105也连接至总线104。
通常，以下装置可以连接至I/O接口105：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、传感器等输入装置106；包括例如液晶显示(LCD)、振动器等输出装置107；包括例如硬盘等存储装置108；以及包括EtherCAT主从站等通信装置109。通信装置109可以允许电子设备100与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图中示出了具有各种装置的电子设备100，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置109从网络上被下载和安装，或者从存储装置108被安装，或者从ROM 102被安装。在该计算机程序被处理装置101执行时，执行本公开实施例的方法中限定的上述功能。
实施例五
一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行如前所述的多机器人同步控制方法。
下面参考图4，其示出了适于用来实现本公开实施例的计算机可读存储介质的结构示意图，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现如上述中任一所述的机器人参数调节方法。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (8)
1.一种多机器人同步控制方法，其特征在于，包括以下内容：
S1：将一机器人的控制***作为主控制***，主控制***配置两个EtherCAT主站；其它机器人的控制***作为从控制***，从控制***配置一个EtherCAT主站；
S2：主控制***的EtherCAT主站连接其从站的输入端口，从站输出端口连接从控制***的EtherCAT从站的输入端口；上一从控制***的EtherCAT从站输出端口连接下一EtherCAT从站的输入端口；各控制***的EtherCAT主站连接对应机器人的电机驱动器；
S3：使各控制***的控制周期同步；
S4：主控制***统一控制各机器人，实现机器人间运动同步。
2.如权利要求1所述的一种多机器人同步控制方法，其特征在于，S3中，使EtherCAT设备***时间相同，各EtherCAT从站同步输出信号，使控制***之间信号同步。
3.如权利要求1所述的一种多机器人同步控制方法，其特征在于，S4中：
主控制***通过EtherCAT主站接收机器人反馈数据，建立各机器人空间关系，规划各机器人轨迹和逻辑控制，主控制***下发机器人指令至相应机器人的控制***；
各控制***获取本机器人指令，并上传本机器人反馈数据至主控制***；通过EtherCAT网络将对应的机器人指令分发到对应的伺服驱动，执行主控制***下发的指令，达到机器人动作同步。
4.如权利要求3所述的一种多机器人同步控制方法，其特征在于，控制***对应的EtherCAT从站周期同步产生2个信号，作为控制***中断输入，输出的信号具有先后顺序，前一信号发生时，主控制***下发机器人指令，接收各机器人反馈数据；后一信号发生时，各控制***执行主控制***下发的指令，达到机器人动作同步。
5.一种多机器人同步控制***，其特征在于，包括：
主控制***模块，用于接收机器人位置反馈数据，建立各机器人空间关系并规划各机器人轨迹，向从控制***下发控制指令；主控制***配置两个EtherCAT主站；
从控制***模块，用于获取本机器人轨迹和指令，并上传本机器人位置至主控制***，从控制***配置一个EtherCAT主站；
EtherCAT模块，用于控制***与伺服驱动的数据传输，将控制***输出的轨迹数据分发到相应机器人伺服驱动；以及用于各机器人之间的的通讯连接，实现主控制***和从控制***之间的数据传输，主控制***配置两个EtherCAT主站，从控制***配置一个EtherCAT主站。
6.一种多机器人同步工作站，其特征在于，包括：
至少两个机器人本体；
与机器人本体相匹配的伺服驱动***；
和如权利要求5所述的多机器人同步控制***，所述多机器人同步控制***与机器人本体相匹配的。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述权利要求1-4任意一项所述多机器人同步控制方法。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于被处理器执行如权利要求1-4任意一项所述的多机器人同步控制方法。
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