案例分享 | 华中科技大学多移动机器人协同加工大型工件

关键词：多移动机器人，集群，协同控制

技术方案：智能体位姿追踪系统

机器人技术已经广泛应用于零部件生产加工环节。但是对于航天器部件、高铁车厢、风力涡轮机叶片等特定行业的大型复杂部件，利用机器人实现自动加工仍然有很大难度。

大型复杂部件加工过程中存在两个问题：部件通常产量较低，但产品个异性较高，如果使用常规串行生产线模式，通过改变布局去适配加工部件成本很高，因此并不适用于大型部件的加工场景。另外，当大型部件在运输过程中变形时，采用常规生产线需要大量的重新编程时间来适配和调整。因此，需要一种新的灵活度更高的生产加工模式。

移动机器人加工系统具有高灵活性和大工作空间，有潜力成为柔性制造的主要工作元件。

华中科技大学研究团队提出了一种新型的大型工件加工工作模式，即多移动机器人集群加工。其关键思想是利用分布式协同控制将多个机器人组成集群系统，协同控制律充当虚拟约束，多个机器人在共同leader领导下同步移动。

多移动机器人协同加工系统

移动机器人加工系统由带有工业机器人手臂的移动平台组成。移动平台使用麦克纳姆轮，以保证全向移动。平台搭载ABB-4600机械臂，机械臂工作空间为2.2 m，负载为45 kg。移动机器人安装机载激光雷达，可以通过校准的地 标来定位移动平台的位置。

搭载机械臂的移动机器人平台

研究人员引入N-chain和闭环拓扑两种拓扑结构来描述集群系统的通信网络，并分析了不同拓扑结构的收敛速度和阻力指数，讨论了不同拓扑结构在不同加工场景中的应用。其中N-chain拓扑具有更高的运动效率，而闭环拓扑可以实现更好的运动连续性。

为了验证实际场景下多机器人集群加工的效果，研究人员进行了两个实验：

实验中，为了准确获取移动机器人和机械臂的运动轨迹数据，研究人员运用凌云光·提供的光学运动捕捉系统，通过动捕相机跟踪目标物上粘贴的反光标记点，可以实时获取各移动机器人以及其搭载的机械臂位置，从而得到二者之间的距离。系统定位精度可以达到亚毫米级。

1）协作搬运场景下的验证实验：

多移动机器人协同搬运场景

协同搬运场景下机器人和机械臂运动轨迹

2）大型风力涡轮机叶片加工场景下的验证实验：

多移动机器人加工风力发电涡轮机叶片场景

叶片加工场景下机器人和机械臂运动轨迹

实验验证了在不同场景下基于两种拓扑关系多移动机器人集群方案的可行性，且在这两种情况下都显示出很高的工作效率。

是凌云光设立的全资子公司，主要面向元宇宙虚拟现实、Web3.0时代数字人、沉浸媒体、全息通信、计算光学成像等应用，已形成光场建模、运动捕捉、全景成像、XR 拍摄等在内的产品布局。

FZMotion光学运动捕捉系统是自主开发的运动捕捉采集与分析系统，可以实时跟踪测量并记录三维空间内点的轨迹、刚体的运动姿态以及人体动作，空间定位精度可以达到亚毫米级。

FZMotion动捕系统在无人机室内定位、仿生机器人运动规划、机械臂示教学习、气浮台位姿验证、水下运动捕捉等领域得到广泛应用，目前已经与清华大学、中国科学技术大学、北京航空航天大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学等高校开展合作。凌云光·致力于为高校提供完备的解决方案，助力科研发展。

FZMotion高精度系列相机 助力智能体科研