[发明专利]多机器人系统中的高可靠性控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种多机器人系统中的高可靠性控制方法及系统，所述方法包括：机器人拓扑设计、故障预测设计、故障恢复设计，其中：机器人拓扑设计：机器人拓扑包括由工作机器人构成的工作组，以及由备用机器人构成的备用工作组，备用机器人和工作机器人之间的位置可替换；故障预测设计：结合系统中机器人的健康状况，使用马尔科夫模型预测法对工作机器人进行故障预测；故障恢复设计：当某工作机器人出现故障时，控制备用机器人替代该工作机器人。仿真系统结果显示，本发明在无故障情况及故障情况下都可以顺利地协调完成器件的生产加工任务，在系统中某台机器人故障状态下让备用机器人接替故障机器人完成操作，实现了器件加工生产的无缝对接。

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体地，涉及一种多机器人系统中的高可靠性控制方法及系统，应用于多机器人系统中，通过对多机器人系统的故障预测、拓扑排布以及排错控制，实现对多机器人系统的高可靠性控制。

背景技术

从上世纪70年代开始，工业机器人就开始成为工业领域中的一项重要技术。在世界范围内，工业机器人应用掀起了一个高潮。随着人力成本的不断提高，企业用工成本不断上涨，工业机器人就有了客观的发展需求。同时，工业机器人的应用领域也从汽车行业逐渐扩张到电子制造、食品药品和塑料行业。为了完成复杂工序，工业机器人在很多情况下都是配合工作的。因此，工业机器人常常都是以多机器人系统的形式工作的。

在工业生产中的多个机器人通常都是在流水线上串联工作，相互合作以完成生产作业。在整个生产过程中，如果某一个机器人出现故障，则整个生产线路陷入瘫痪。在高速的制造工业中，生产线的故障无疑会造成生产效率的降低和经济利益的损失。

目前，工业生产中的多机器人系统并没有出现比较优良的提高可靠性的控制方法。高可靠性控制技术本质上属于容错控制范畴，不过严格意义上的容错控制器是比价难以实现的，特别是在工业机器人系统中。其原因有两点，首先工业机器人一般都是标准化产品的产品，单个机器人的容错控制无从实施；其次，多机器人系统的组织结构是复杂多变的，即使设计出一个高质量的容错控制器，也很难满足鲁棒性的要求。一个更为合理的办法是使用折中成本和复杂度的方式。

纯粹的容错控制方法应该有更可靠的理论性能，通过对故障系统的辨识，调整控制率可以非常经济地实现高可靠性控制。这种容错控制方法以系统部件为单位进行识辨和重建模，弹性可变的控制率其实间接地提高了系统部件的寿命和可靠性。在很多工业机器人应用场景中，多机器人系统的整体可靠性往往比部件的使用寿命更重要，因为机器人部件的替换成本是低于系统的故障成本的。所以，以机器人为单位进行高可靠性控制是一种很好的解决方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种以机器人为单位进行控制的多机器人系统中的高可靠性控制方法及系统。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

根据本发明第一方面，提供一种多机器人系统中的高可靠性控制方法，所述方法包括：

机器人拓扑设计：机器人拓扑包括由工作机器人构成的工作组，以及由备用机器人构成的备用工作组，备用机器人和工作机器人之间的位置可替换；

故障预测设计：结合系统中机器人的健康状况，使用马尔科夫模型预测法对工作机器人进行故障预测；

故障恢复设计：当某工作机器人出现故障时，控制备用机器人替代该工作机器人。

优选地，所述机器人拓扑设计，其中工作组是一组硬件结构相同、物理位置接近的多个机器人(工作机器人或备用机器人)，多个机器人的控制程序可以是相同的，也可以是不同的，工作组内的各机器人是物理可替换的，而软件程序可以根据需求变动。同时备用机器人和工作机器人之间的工作位置可替换，备用机器人在替换到故障工位时，可以完全自动的实现，而不需要其他的干预。