一種雙機器人實時動態(tài)避障裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型屬于工業(yè)機器人控制領域，更具體地，涉及一種雙機器人實時動態(tài)避障裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，傳統(tǒng)機器人行業(yè)使用的都是單臂機器人，也就是工作位置固定，機器人末端安裝相應的工具，運動到工作位置來進行相應的搬運、裝配、焊接、打磨等工作。而隨著對加工效率的提高，一般在加工操作中都需要進行多個機器人的協(xié)同操作，而現(xiàn)有的雙工業(yè)機器人協(xié)同工作時，每個機器人都由自己的控制器獨立控制。為了防止發(fā)生碰撞，當一個單臂機器人要進入某一個共同工作區(qū)域時，必須實時發(fā)送碰撞信號到另外一臺單臂機器人進行確認，并且必須待一個機器人退出該共同工作區(qū)域后，另外一臺機器人才能進入工作，因此雙機器人協(xié)作過程中存在等待，導致其工作效率存在很大的瓶頸。
[0003]基于智能避障系統(tǒng)的雙臂機器人，可以實現(xiàn)一個機器人在搬運、裝配、焊接或者打磨工件時，另一個機器人可以在同一區(qū)域進行加工操作，不存在碰撞等候區(qū)，更好地滿足了工業(yè)生產(chǎn)過程的多機器人機協(xié)同工作能力。
[0004]目前現(xiàn)有技術(shù)中申請?zhí)枮?01010615758.8，公開號為CN 101512453 B，名稱為“避免工業(yè)機器人與物體之間碰撞的方法和設備”的專利文獻提供了機器人對碰撞預測的可能性，該技術(shù)的局限性體現(xiàn)在于，不能實現(xiàn)動態(tài)的避障，當預測到機器人與周圍物體發(fā)生碰撞時，僅發(fā)信號給機器人讓其停止運動，無法保證兩機器人協(xié)同工作的連續(xù)性;另外一篇申請?zhí)?01510079471.0，公開號CN 104760043 A，名稱為“一種基于智能避障系統(tǒng)的雙臂機器人控制器”，該技術(shù)解決了雙臂機器人的無碰撞運動規(guī)劃，該種避障技術(shù)的局限在于機器人必須按照預先離線編程規(guī)劃好的路徑工作，不能在實際工作過程中進行實時碰撞檢測及動態(tài)避免碰撞。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種雙機器人實時動態(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器人等待時間，實現(xiàn)實時動態(tài)避障，由此提高雙機器人的工作效率。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供了雙機器人實時動態(tài)避障裝置，其特征在于，所述避障裝置包括避障主控模塊，所述避障主控模塊包括依次相連的位置檢測模塊、碰撞檢測模塊以及動態(tài)避障模塊，所述位置檢測模塊與所述雙機器人本體的電機通信，實時采集所述雙機器人本體的位置信息，所述碰撞檢測模塊接收所述位置檢測模塊發(fā)送的所述位置信息，并與所述雙機器人本體發(fā)生碰撞的安全距離進行比較，所述動態(tài)避障模塊接收所述碰撞檢測模塊的結(jié)果進行所述雙機器人本體的避障路徑規(guī)劃，并將所述避障路徑規(guī)劃發(fā)送于所述雙機器人本體的電機驅(qū)動器，驅(qū)動所述雙機器人本體執(zhí)行所述避障路徑。
[0007]進一步地，所述安全距離的定義如下:對所述雙機器人本體的大臂、小臂以及手腕進行包絡體表達，所述包絡體中間由圓柱體組成，所述包絡體的兩端由球體組成，所述安全距離由所述包絡體的尺寸距離表達。
[0008]進一步地，所述安全距離為任何一所述雙機器人本體的所述包絡體不發(fā)生碰撞疊加。
[0009]進一步地，所述避障路徑規(guī)劃的執(zhí)行可由其中之一的所述機器人本體完成或者由兩者共同完成。
[0010]進一步地，所述位置信息包括角度信息和角速度信息。
[0011]總體而言，通過本實用新型所構(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:
[0012]本實用新型提供一種具有動態(tài)避障功能的雙臂機器人控制裝置，能夠在2個機器人即將發(fā)生碰撞時及時規(guī)劃出新的無碰撞路徑，避免碰撞，而不是停止機器人，最大化提高了雙機器人的高效性、安全性;此裝置的優(yōu)勢在于具有前瞻性，可以提前檢測到碰撞的風險，增強了檢測到即將碰撞的機會。另外一個優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)避障;利用具有動態(tài)避障功能的該控制裝置直接控制兩臺具備6自由度的機器人，實現(xiàn)對機器人的實時動態(tài)避障；并且該避障裝置的模塊化使得其可以應用于各類安裝在同一基座下的機器人，可以涉及的加工操作過程包括打磨、裝配、噴涂、焊接等，具有非常廣泛的應用范圍。
【附圖說明】
[0013]圖1是按照本實用新型實現(xiàn)的動態(tài)避障裝置與雙機器人的配合安裝示意圖；
[0014]圖2是按照本實用新型實現(xiàn)的對機器人進行外形包絡體生成的示意圖；
[0015]圖3是按照本實用新型實現(xiàn)的兩個機器人進行外形簡化的示意圖；
[0016]圖4是按照本實用新型實現(xiàn)的實時動態(tài)避障裝置的整體模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5是按照本實用新型實現(xiàn)的具有智能避障功能的機器人的控制方法流程示意圖。
[0018]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0019]1-位置檢測模塊2-碰撞檢測模塊3-動態(tài)避障模塊4-動態(tài)避障主控模塊5-通訊模塊6-輸入輸出模塊7-1,7-2-電機驅(qū)動器8-1,8-2-電機9-第一機器人本體10-電源模塊11_第二機器人本體12_1，12_2-底座13_1，13-2-機器人大臂14_1，14_2_機器人小臂15-1，15-2-機器人手腕
【具體實施方式】
[0020]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0021]如圖1所示，首先對該避障裝置如何與雙機器人實現(xiàn)控制連接的進行說明，其中機器人9和機器人11是按照機器人的運動關節(jié)構(gòu)成對雙機器人進行了簡化，如圖3所示，輸入輸出模塊6和通訊模塊5，并且與輸入輸出模塊6和通訊模塊5相連的動態(tài)避障主控模塊4，其中該避障裝置通過輸入輸出模塊6分別與兩個機器人9和機器人11進行通信輸出控制，并且還能通過通訊模塊5以及輸入輸出模塊6與外接的設備進行通信。
[0022]如圖2所示，是按照現(xiàn)有技術(shù)中的機器人的運動關節(jié)來進行機器人的簡化示意圖，所述機器人包括兩臺機器人機械本體9和11、電機驅(qū)動器7，電機8，所述兩臺機器人機械本體分別具備6個自由度，所述機器人本體由兩臺安裝在一個基座上的具備6個自由度的機器人組成，其中自由度包括底座12，大臂13，小臂14，手腕15旋轉(zhuǎn)，手腕15擺動，手腕15回傳，電機驅(qū)動模塊7接收控制器的命令，驅(qū)動電機8轉(zhuǎn)動，電機通8過機械傳動驅(qū)動機器人機械本體9和11的軸轉(zhuǎn)動，6自由度工業(yè)機器人按照結(jié)構(gòu)分，可以分成底座12、大臂13、小臂14、手腕15共4個主要的部分，在這種情況下，對機器人大臂13、小臂14和手腕15都具有一定的幾何形狀和尺寸，根據(jù)這些參數(shù)，機器人的大臂13、小臂14和手腕15各自用一個封閉的包絡體來表示，該包絡體兩端由球體組成，中間由圓柱體組成，圓柱體和球體的半徑根據(jù)機器人的幾何形狀來確定，圓柱體可以用其中心線表示，球體用其球心表示，因此每個防護區(qū)就可以用一條線段來表示，機器人簡化成一些列的線段，線段相連的地方為機器人的關節(jié)，如圖3所不O
[0023]在運動過程中，底座12的位置是固定的，機器人發(fā)生碰撞取決于大臂13、小臂14、手腕15在空間中的相對位置，因此，機器人大臂13、小臂14和手腕15需要判斷是否將發(fā)生碰撞。大臂13在空間中的位置與機器人前2個關節(jié)的角度Al和A2有關系，小臂14在空間中的位置與機器人的前3個關節(jié)的角度A1、A2、A3有關系，手腕15在空間中的位置與機器人6個關節(jié)的角度A1、A2、A3、A4、A5、A6均有關系，機器人大臂13、小臂14和手腕15都具有一定的幾何形狀和尺寸，根據(jù)這些參數(shù)以及上述的機器人包絡體的抽象來進行實時避障的規(guī)劃。
[0024]其中如圖4所示，是對按照本實用新型實現(xiàn)的雙機器人實時動態(tài)避障裝置的整體模塊結(jié)構(gòu)示意圖，首先該實時避障裝置包括分別與第一及第二機器人的電機8-1、8-2相連的位置檢測模塊1，用于對電機的驅(qū)動操作下的機器人本體的位置進行實時的檢測測量，其中碰撞檢測模塊2與位置檢測模塊I相連，對位置檢測模塊I采集到的位置信息進行是否發(fā)生碰撞的評估，其中動態(tài)避障運算模塊3與碰撞檢測模塊2相連，用于接收碰撞檢測模塊2的信息，并且對第一和第二兩個機器人的運動路徑進行重新的避障規(guī)劃，其中位置檢測模塊
1、碰撞檢測模塊2及動態(tài)避障運算模塊3共同組成避障模塊4，而通訊模塊5通過避障模塊4與第一及第二機器人的電機驅(qū)動器7進行信息通信，電機驅(qū)動器7-1，7-2驅(qū)動電機8-1，8-2對機器人進行避障規(guī)劃路線之后的運動路線進行動作，由此實現(xiàn)動態(tài)實時的避障操作。
[0025]其中位置檢測模塊I通過檢測機器人當前的位置和角速度，通過碰撞檢測模塊2判斷2個機器人是否發(fā)生碰撞，如果將要發(fā)生碰撞，則啟動避障算法，動態(tài)避障模塊3規(guī)劃出新的無碰撞路徑，并發(fā)送給機器人;輸入輸出模塊6允許接收外部指令和輸出狀態(tài)信息，通訊模塊5實現(xiàn)與機器人以及外部網(wǎng)絡設備的實時通訊，電源模塊則為整個避障工作裝置提供工作電源。
[0026]更為具體的實現(xiàn)方式，位置檢測模塊I包括角度傳感器、角速度傳感器，實時采集各關節(jié)的角度和角速度；
[0027]碰撞檢測模塊2，根據(jù)機器人的幾何模型，機器人的位置信息以及機器人即將進行的未規(guī)避碰撞