一種雙機(jī)器人實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)避障裝置及其避障方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人控制領(lǐng)域，更具體地，涉及一種雙機(jī)器人實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)避障裝置及其避障方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，傳統(tǒng)機(jī)器人行業(yè)使用的都是單臂機(jī)器人，也就是工作位置固定，機(jī)器人末端安裝相應(yīng)的工具，運(yùn)動(dòng)到工作位置來進(jìn)行相應(yīng)的搬運(yùn)、裝配、焊接、打磨等工作。而隨著對(duì)加工效率的提高，一般在加工操作中都需要進(jìn)行多個(gè)機(jī)器人的協(xié)同操作，而現(xiàn)有的雙工業(yè)機(jī)器人協(xié)同工作時(shí)，每個(gè)機(jī)器人都由自己的控制器獨(dú)立控制。為了防止發(fā)生碰撞，當(dāng)一個(gè)單臂機(jī)器人要進(jìn)入某一個(gè)共同工作區(qū)域時(shí)，必須實(shí)時(shí)發(fā)送碰撞信號(hào)到另外一臺(tái)單臂機(jī)器人進(jìn)行確認(rèn)，并且必須待一個(gè)機(jī)器人退出該共同工作區(qū)域后，另外一臺(tái)機(jī)器人才能進(jìn)入工作，因此雙機(jī)器人協(xié)作過程中存在等待，導(dǎo)致其工作效率存在很大的瓶頸。
[0003]基于智能避障系統(tǒng)的雙臂機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)機(jī)器人在搬運(yùn)、裝配、焊接或者打磨工件時(shí)，另一個(gè)機(jī)器人可以在同一區(qū)域進(jìn)行加工操作，不存在碰撞等候區(qū)，更好地滿足了工業(yè)生產(chǎn)過程的多機(jī)器人機(jī)協(xié)同工作能力。
[0004]目前現(xiàn)有技術(shù)中申請(qǐng)?zhí)枮?01010615758.8，公開號(hào)為CN 101512453 B，名稱為“避免工業(yè)機(jī)器人與物體之間碰撞的方法和設(shè)備”的專利文獻(xiàn)提供了機(jī)器人對(duì)碰撞預(yù)測(cè)的可能性，該技術(shù)的局限性體現(xiàn)在于，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的避障，當(dāng)預(yù)測(cè)到機(jī)器人與周圍物體發(fā)生碰撞時(shí)，僅發(fā)信號(hào)給機(jī)器人讓其停止運(yùn)動(dòng)，無法保證兩機(jī)器人協(xié)同工作的連續(xù)性;另外一篇申請(qǐng)?zhí)?01510079471.0，公開號(hào)CN 104760043 A，名稱為“一種基于智能避障系統(tǒng)的雙臂機(jī)器人控制器”，該技術(shù)解決了雙臂機(jī)器人的無碰撞運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，該種避障技術(shù)的局限在于機(jī)器人必須按照預(yù)先離線編程規(guī)劃好的路徑工作，不能在實(shí)際工作過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)及動(dòng)態(tài)避免碰撞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種雙機(jī)器人實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)避障裝置及其避障方法，其目的在于減少避障過程中的機(jī)器人等待時(shí)間，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)避障，由此提高雙機(jī)器人的工作效率。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種雙機(jī)器人實(shí)時(shí)避障裝置，其特征在于，所述避障裝置包括避障主控模塊，實(shí)現(xiàn)所述避障主控模塊與外部設(shè)備及所述機(jī)器人本體通信的通訊模塊以及輸入輸出模塊，所述避障主控模塊包括依次相連的位置檢測(cè)模塊、碰撞檢測(cè)模塊以及動(dòng)態(tài)避障模塊，所述位置檢測(cè)模塊與所述雙機(jī)器人本體的電機(jī)通信，實(shí)時(shí)采集所述雙機(jī)器人本體的位置信息，所述碰撞檢測(cè)模塊接收所述位置檢測(cè)模塊發(fā)送的所述位置信息，并與所述雙機(jī)器人本體發(fā)生碰撞的安全距離進(jìn)行比較，所述動(dòng)態(tài)避障模塊接收所述碰撞檢測(cè)模塊的比較值進(jìn)行所述雙機(jī)器人本體的避障路徑規(guī)劃并將其發(fā)送于所述雙機(jī)器人本體(9，11)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行新的避障路徑。
[0007]進(jìn)一步地，所述安全距離的定義如下:對(duì)所述雙機(jī)器人本體的大臂、小臂以及手腕進(jìn)行包絡(luò)體表達(dá)，所述包絡(luò)體中間由圓柱體組成，所述包絡(luò)體的兩端由球體組成，所述安全距離由所述包絡(luò)體的尺寸距離表達(dá)。
[0008]進(jìn)一步地，所述避障路徑規(guī)劃的執(zhí)行可由其中之一的所述機(jī)器人本體完成或者由兩者共同完成。
[0009]進(jìn)一步地，所述位置信息包括角度信息和角速度信息。
[0010]本發(fā)明還公開了一種雙機(jī)器人的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)避障方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:
[0011 ] (1)獲取所述雙機(jī)器人本體的位置信息；
[0012](2)根據(jù)所述步驟(1)中獲取的位置信息來進(jìn)行是否需要避障的判斷；
[0013](3)如果經(jīng)過所述步驟(2)的判斷之后需要避障，則實(shí)時(shí)進(jìn)行新的路徑規(guī)劃，并發(fā)送所述路徑規(guī)劃于所述機(jī)器人本體執(zhí)行。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中的避障判斷的步驟如下:
[0015]獲取2個(gè)機(jī)器人各自的6個(gè)關(guān)節(jié)角度值。這些關(guān)節(jié)角度值，確定了每個(gè)機(jī)器人大臂13、小臂14和手腕15在空間中的位置。根據(jù)2個(gè)機(jī)器人的大臂13、小臂14和手腕15在空間中的位置，我們計(jì)算機(jī)器人1的大臂13與機(jī)器人2的大臂13的距離D1、機(jī)器人1的大臂13與機(jī)器人2的小臂14的距離D2，機(jī)器人1的大臂13與機(jī)器人2的手腕15的距離D3，機(jī)器人1的小臂14與機(jī)器人2的大臂13的距離D4，機(jī)器人1的小臂14與機(jī)器人2的小臂14的距離D5，機(jī)器人1的小臂14與機(jī)器人2的手腕15的距離D6，機(jī)器人1的手腕15與機(jī)器人2的大臂13的距離D?，機(jī)器人1的手腕15與機(jī)器人2的小臂14的距離D8，機(jī)器人1的手腕15與機(jī)器人2的手腕15的距離D9，同時(shí)計(jì)算機(jī)器人1的大臂13與機(jī)器人2的大臂13的安全距離Dsafel，機(jī)器人1的大臂13與機(jī)器人2的小臂14的安全距離Dsafe2，機(jī)器人1的大臂13與機(jī)器人2的手腕15的安全距離Dsafe3，機(jī)器人1的小臂14與機(jī)器人2的大臂13的安全距離Dsafe4，機(jī)器人1的小臂14與機(jī)器人2的小臂14的安全距離Dsafe5，機(jī)器人1的小臂14與機(jī)器人2的手腕15的安全距離Dsafe6，機(jī)器人1的手腕15與機(jī)器人2的大臂13的安全距離Dsafe7，機(jī)器人1的手腕15與機(jī)器人2的小臂14的安全距離Dsafe8，機(jī)器人1的手腕15與機(jī)器人2的手腕15的安全距離Dsafe9。安全距離等于對(duì)應(yīng)的2個(gè)包絡(luò)體的半徑之和。根據(jù)Dl和033￡(31、02和033￡(32、03和033￡(33、04和033￡(34、05和033￡(35、06和033￡(36、07和Dsaf(37、D8和Dsaf(38、D9和Dsaf(39的大小判斷是否即將碰撞，再執(zhí)行相應(yīng)的步驟:若
DSafe2、D3>DSafe3、D4>DSafe4、D5>DSafe5、D6>DSafe6、D7>Dsafe7、D8>DSafe8、D9>DSafe9，則2個(gè)機(jī)器人之間不會(huì)發(fā)生碰撞，2個(gè)機(jī)器人仍按照原來的軌跡運(yùn)行；反之，2個(gè)機(jī)器人之間即將發(fā)生碰撞，例如D9〈 = Dsafe9，即機(jī)器人1的手腕15與機(jī)器人2的手腕15即將發(fā)生碰撞，采取動(dòng)態(tài)避障策略。
[0016]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0017]本發(fā)明提供一種具有動(dòng)態(tài)避障功能的雙臂機(jī)器人控制裝置及其避障方法，能夠在2個(gè)機(jī)器人即將發(fā)生碰撞時(shí)及時(shí)規(guī)劃出新的無碰撞路徑，避免碰撞，而不是停止機(jī)器人，最大化提高了雙機(jī)器人的高效性、安全性;此裝置的優(yōu)勢(shì)在于具有前瞻性，可以提前檢測(cè)到碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了檢測(cè)到即將碰撞的機(jī)會(huì)。另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)避障;利用具有動(dòng)態(tài)避障功能的該控制裝置直接控制兩臺(tái)具備6自由度的機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)避障；并且該避障裝置的模塊化使得其可以應(yīng)用于各類安裝在同一基座下的機(jī)器人，可以涉及的加工操作過程包括打磨、裝配、噴涂、焊接等，具有非常廣泛的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0018]圖1是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)避障裝置與雙機(jī)器人的配合安裝示意圖；
[0019]圖2是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的對(duì)機(jī)器人進(jìn)行外形包絡(luò)體生成的示意圖；
[0020]圖3是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)機(jī)器人進(jìn)行外形簡化的示意圖；
[0021 ]圖4是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)避障裝置的整體模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的具有智能避障功能的機(jī)器人的控制方法流程示意圖。
[0023]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0024]1-位置檢測(cè)模塊2-碰撞檢測(cè)模塊3-動(dòng)態(tài)避障模塊4-動(dòng)態(tài)避障主控模塊5-通訊模塊6-輸入輸出模塊7-電機(jī)驅(qū)動(dòng)器8-電機(jī)9-第一機(jī)器人本體10-電源模塊11-第二機(jī)器人本體12-1，12-2-底座13-1，13-2-機(jī)器人大臂14_1，14_2_機(jī)器人小臂15_1，15-2-機(jī)器人手腕
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特