基于力信息的多移動機器人協(xié)作搬運平板狀物體方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于力信息的多移動機器人協(xié)作 搬運平板狀物體方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在人類難以到達或者接近的危險復(fù)雜環(huán)境中，利用機器人搬運物體，不僅解放了 勞動力，而且提高了工作效率。由于被搬運物體的體積重量不唯一，如果采用單個機器人， 則會造成機器人的結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜，制造成本高、魯棒性差等缺點，采用多個結(jié)構(gòu)簡單的多移 動機器人協(xié)作則能夠彌補以上不足。隨著多移動機器人協(xié)作控制技術(shù)的研宄日漸完善，將 多移動機器人用于協(xié)作運輸具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 然而由于現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜多變，依靠當(dāng)前移動機器人的智能水平，采用全自主的控 制方式很難實現(xiàn)。依靠常規(guī)的傳感器反饋速度、位置、加速度、視頻等信息給操作員參考進 行單邊控制，不足以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。而且如果多移動機器人所搬運的物體不 能夠平穩(wěn)安全到達目標(biāo)位置，可能會造成設(shè)備損壞和環(huán)境污染。因此，要盡可能保證搬運過 程中物體的平穩(wěn)性。利用力反饋人機接口設(shè)備，操作員可以更好地感知到機器人執(zhí)行任務(wù) 的狀態(tài)，也可以及時將人的高級認知和決策能力引入到機器人的控制中。然而對多移動機 器人系統(tǒng)進行基于力信息的雙邊遙操作控制，不僅主從端的工作空間和工作自由度都不匹 配，而且需要利用有限的主端接口設(shè)備控制數(shù)量不定的從端多移動機器人系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種基于力信息的多移動機器人協(xié)作搬運平板狀物體方 法，該方法可以使多移動機器人平穩(wěn)安全地將被搬運物體送達目標(biāo)位置。
[0005] 技術(shù)方案：一種基于力信息的多移動機器人協(xié)作搬運平板狀物體方法，由主端、 從端和通訊環(huán)節(jié)組成；所述主端包括兩個操作員、監(jiān)控中心和兩個力反饋人機接口設(shè)備； 所述從端包括多移動機器人系統(tǒng)、被搬運物體、攝像頭和工作環(huán)境；所述通訊環(huán)節(jié)采用 Internet、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等無線通信方式；
[0006] 所述操作員通過與人機接口設(shè)備進行交互，將控制命令通過通訊環(huán)節(jié)發(fā)送至從 端的多移動平臺系統(tǒng)，多移動平臺根據(jù)接收到的指令形成預(yù)定的隊形，到達被搬運物體周 圍；
[0007] 所述監(jiān)控中心以文本或者圖片的形式實時反饋從端多移動機器人系統(tǒng)的速度、位 置和機械手的關(guān)節(jié)角等信息，也可以實時提供從端工作環(huán)境的視頻信息；
[0008] 所述兩個力反饋人機接口設(shè)備，其中一個用于從端多移動平臺系統(tǒng)的控制，另一 個用于控制被搬運物體的平穩(wěn)性；
[0009] 所述多移動機器人系統(tǒng)包括多移動平臺系統(tǒng)和搭載于其上的多個機械手系統(tǒng)；多 移動機器人系統(tǒng)具有一定的自主能力，能夠完成隊形形成、保持和變換等簡單任務(wù)；
[0010] 所述被搬運物體形狀質(zhì)量分布已知，根據(jù)被搬運物體的形狀和質(zhì)量分布，對從端 多移動平臺所需形成的隊形進行預(yù)定義，包括各個機器人之間的相對距離和相對角度，同 時給定各個機械手所要到達的目標(biāo)位置；
[0011] 所述攝像頭用于給主視頻反饋采集到的視頻信息，可實時顯示，供兩個操作員參 考；
[0012] 所述工作環(huán)境為平板狀物體的遠程遙操作搬運。
[0013] 進一步地，所述力反饋人機接口設(shè)備均具有三自由度的輸出反饋，用于反映從端 多機器人系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
[0014] 進一步地，所述多移動平臺系統(tǒng)其中一個被選為主機器人，作為對外接口負責(zé)響 應(yīng)主端的控制命令，其余移動平臺作為從機器人，以主機器人為參考目標(biāo)形成目標(biāo)隊形到 達被搬運物體的周圍。
[0015] 進一步地，所述用于控制多移動平臺的力反饋人機接口設(shè)備，采用其中的X與z方 向的輸入量分別用于控制從端多移動平臺系統(tǒng)主機器人的角速度與線速度，y方向的輸入 量用于控制從端多移動平臺系統(tǒng)的隊形。
[0016] 進一步地，多移動平臺在行進過程中要避開所有的障礙物，同時還要求多移動平 臺最后能夠接近被搬運物體。因此力反饋人機接口設(shè)備的輸出X方向反應(yīng)角速度信息以及 機器人與障礙物之間的距離和角度信息，z方向反應(yīng)線速度信息以及機器人與障礙物之間 的距離和角度信息，反饋力與機器人的線速度和角速度相關(guān)，從而可以使機器人接近被搬 運物體；y方向則反應(yīng)整個多移動平臺系統(tǒng)的隊形形成狀況。
[0017] 進一步地，所述機械手系統(tǒng)根據(jù)要求到達指定位置，將被搬運物體抓取，通過從端 的多移動機器人系統(tǒng)的協(xié)作將被搬運物體運送到指定的目標(biāo)位置。
[0018] 進一步地，所述用于控制多移動平臺的力反饋人機接口設(shè)備，其采用的輸入量分 別對應(yīng)于機械手的各個關(guān)節(jié)角，而輸出反應(yīng)被搬運物體的平穩(wěn)狀態(tài)；當(dāng)輸出不平穩(wěn)時，力反 饋接口設(shè)備切換為一對一的控制狀態(tài)，用于控制故障機械手。
[0019] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0020] 1、將多移動機器人系統(tǒng)的控制回路中引入力信息反饋，能夠在多移動機器人系統(tǒng) 碰到復(fù)雜任務(wù)的時候，依靠人的高級認知和決策能力給予合理控制。
[0021] 2、從端的多移動平臺由一個力反饋接口設(shè)備控制，不僅將主端力反饋接口設(shè)備有 限的運動空間延伸到從端移動平臺無限的運動空間中，而且利用有限的主端設(shè)備控制從端 無限的移動平臺設(shè)備。
[0022] 3、主端包括兩個力反饋人機接口設(shè)備，采用另外一個力反饋人機接口設(shè)備實現(xiàn)多 機械手協(xié)作搬運的穩(wěn)定性控制，節(jié)省了主端的力反饋設(shè)備，并可通過穩(wěn)定性控制將被搬運 物體安全送達目標(biāo)位置。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明基于力信息的多移動機器人協(xié)作搬運平板狀物體的系統(tǒng)框圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明力反饋人機接口設(shè)備1-4的反饋力坐標(biāo)系示意圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明中障礙物對移動平臺的影響分析示意圖；
[0026] 圖4是本發(fā)明中主從端基于力信息的多移動平臺的控制框圖；
[0027] 圖5是本發(fā)明中基于力信息的被搬運物體平穩(wěn)狀態(tài)的控制圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本發(fā)明。
[0029] 如圖1所示，一種基于力信息的多移動機器人協(xié)作搬運平板狀物體方法，包括主 端1，主從端之間的通訊環(huán)節(jié)2和從端3。其中主端1包括操作員1-1和操作員1-2,監(jiān)控 中心卜3,力反饋人機接口設(shè)備1-4和1-5,所述系統(tǒng)的力反饋人機接口設(shè)備1-4和1-5均 具有六自由度輸入和三自由度輸出；通訊環(huán)節(jié)2采用Internet、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等無線通 信方式；從端3包括多移動機器人系統(tǒng)，被搬運物體3-3,環(huán)境中的η。個障礙物3-4-1 (1 = 1，2,…，η。)，被搬運物體所要到達的目標(biāo)位置3-5,和用于給主端視頻反饋的攝像頭3-6， 所述多移動機器人系統(tǒng)包括由η個移動平臺3-1-i (i = 1，2,…，η)組成的多移動平臺系 統(tǒng)3_1和η個多自由度機械手3_2_i (i = 1，2,…，η