双机器人协调运动控制设计

双机器人协调运动控制设计摘 要在 现 在 工 业 生 产 中 ，机 器 人 正 扮 演 着 日 益 重 要 的 角 色 。其 中 ，多 机 器 人 协 调 工作 系 统 由 于 其 突 出 的 智 能 性 ，快 速 性 以 及 高 效 率 等 特 点 更 是 成 为 现 代 生 产 企 业 的 新宠。本文主要在基于日本安川 MOTOMAN 机器人结构分析的基础上，利用 VC 设计控制程序，完成双机器人协调运动，模 拟人机象棋对战的过程。本 文 在 对 当 前 国 内 外 双 机 器 人 协 调 控 制 技 术 进 行 分 析 的 基 础 上 ， 对MOTOMAN 机器人的控制系统进行了深入的研究，采用 PC 机-控制柜上下位机控制 模 式 ，建 立 双 机 I/O 通讯控制系统；然后利用 V C 设计下棋程序，并在棋盘重绘过 程 中 ，提 取 人 机 双 方 棋 子 移 动 坐 标 ；在 此 基 础 上 ，调 用 MOTOMAN 机器人通信软件 M OTOCOM32 中的控制函数，实现程序对机器人的运 动控制，使机器人能 够根 据 人 的 棋 子 移 动 和 计 算 机 博 弈 算 法 产 生 的 象 棋 移 动 结 果 实 现 象 棋 的 正 确 移 动 ，并对机器人的各种运动位置进行了校正，整个控制程序可以满足下象棋的控制需求，这 些 工 作 为 进 一 步 进 行 双 机 器 人 实 现 人 -人 对 战 奠 定 了 基 础 ，并 为 双 机 器 人 协 调 运动控制的深入研究提供了一个较新颖的思路。关键词：双机器人，协调，象棋程序，运 动控制I双机器人协调运动控制设计abstractIn the days of modern industrial production, robots is performing a increasingimportant role, among which, multi-robot-coordinate-system is one of the points for itsin-built intelligence, high-speed and perfect efficiency. This text is mainly based on theanalysis of MOTOMAN robot from YASKAWA company of Japan with the aim tosimulate the chessing between persons by VC+.After analyzing the outstanding technology of double-robot controlling ofharmonized motion nowadays, a deep research was made in this paper on the robotcontrolling system. On the base of that, a creative idea of controlling, the mode ofcomputer-controlling box was brought forward with setting up a double-robot I/Ocommunication control system. From the last step, the coordinate of moving chess couldbe taken out and transferred to the robot controlling system to accomplish the task ofsimulation by calling the program function from the MOTOCOM32 software. Duringthe period of designing, every moving position had to be corrected. As result of that, thewhole system is able to totally satisfy the need. Not only did all these work establish astable root for the research of person-to-person chess program but offered an new way tothe further research on this field.Keywords: double-robot, harmonize, program of chess, controlling of motionII双机器人协调运动控制设计目录第一章 前 言 . 11.1 课题背景 . 11.2 国内外机器人协调系统的发展概况 . 21.2.1 多机器人系统研究的发展.21.2.2 多机器人协调系统研究概况.31.2.3 国内外相关技术发展概况.31.3 课题来源 . 61.4 本文研究内容、方案及步骤 . 71.5 本章小结 . 9第二章 MOTOMAN 机 器 人 结 构 概 况 及 方 案 选 择 . 102.1 MOTOMAN 机器人结构 . 102.2 计算机-机 器 人 数 据 通 讯 的 选 择 . 122.3 机器人运动控制方案的选择 . 142.4 本章小结 . 15第三章 计 算 机 象 棋 对 弈 程 序 设 计 . 163.1 计算机对弈程序介绍 . 163.1.1 相关资料的表示 .163.1.2 棋盘棋子的显示 .193.2 搜索算法的设计 . 193.3 棋子坐标的提取和转换 . 203.3.2 计算机下棋坐标的提取.233.3.3 鼠标位置的判断 .243.4 吃子事件的判断 . 253.4.1 用户吃子的判断 .253.4.2 计算机吃子的判断 .273.5 本章小结 . 28第四章 M OTOCOM32 通 信 软 件 . 294.1 MOTOCOM32 通 讯软件组成 . 294.2 MOTOCOM32 通 讯软件的使用 . 304.2.1 Auto Job Changer 32 的 使 用 .304.2.2 High Speed Exchanger 的 使 用 .314.3 本章小结 . 35第五章 机 器 人 控 制 程 序 的 设 计 . 365.1 控制程序设计思想 . 365.2 机器人运动分析 . 375.2.1 走棋过程的分解 .375.2.2 走棋程序的命名 .375.3 机器人运动互斥的判断和 处理 . 385.4 MOTOCOM32 通讯软件设置 . 38III双机器人协调运动控制设计5.5 机器人控制函数程序设计 . 395.5.1 机器人设置对话框设计.395.5.2 响应函数分析 .415.7 本章小结 . 42第六章 实验结果 . 436.1 实验步骤 . 436.2 本章小结 . 44第七章 结论和展望 . 457.1 结论 . 457.2 技术经济分析报告 . 457.2.1 技术可行性分析 .477.2.2 经济优越性报告： .477.3 对进一步研究的展望 . 48参考文献 . 49附录 1 . 50附录 2 . 57致 谢 . 64声 明 . 65IV双机器人协调运动控制设计第一章 前言1.1 课题背景在 机 器 人 向 智 慧 化 的 发 展 历 程 中 ，多 机 器 人 协 作 系 统 是 一 类 具 有 覆 盖 性 的 技 术集 成 平 台 。如 果 说 单 个 机 器 人 的 智 慧 化 还 只 是 使 个 体 的 人 变 的 更 聪 明 ，那 么 多 机 器人 协 作 系 统 则 不 但 要 有 一 批 聪 明 的 人 ，还 要 求 他 们 能 有 效 地 合 作 。所 以 它 不 仅 反 映了个体智慧，而且反映了集体智慧，是对人类社会生产活动的想象和创新探索。多 机 器 人 协 作 系 统 有 着 广 泛 的 应 用 背 景 ，它 与 自 动 化 向 非 制 造 领 域 的 扩 展 有 着 密 切的 联 系 ，由 于 应 用 环 境 转 向 非 结 构 化 ，多 移 动 机 器 人 系 统 应 能 适 应 任 务 的 变 化 以 及环 境 的 不 确 定 性 ，必 须 具 有 高 度 的 决 策 智 慧 ，因 而 ，对 多 机 器 人 协 作 的 研 究 已 不 单纯 是 控 制 的 协 调 ，而 是 整 个 系 统 的 协 调 与 合 作 。在 这 里 ，多 机 器 人 系 统 的 组 织 与 控制方式在很大程度上决定了系统的有效性。多 机 器 人 协 作 系 统 还 是 实 现 分 布 式 人 工 智 能 的 典 范 。分 布 式 人 工 智 能 的 核 心 是把 整 个 系 统 分 成 若 干 智 能 、自 治 的 子 系 统 ，它 们 在 物 理 和 地 理 上 分 散 ，可 独 立 地 执行 任 务 ，同 时 又 可 通 过 通 信 交 换 信 息 ，相 互 协 调 ，从 而 共 同 完 成 整 体 任 务 ，这 无 疑对 于 那 些 要 求 完 成 大 规 模 且 结 构 复 杂 的 任 务 的 领 域 是 非 常 富 有 吸 引 力 的 ，因 而 很 快在 军 事 、通 信 及 其 它 应 用 领 域 得 到 广 泛 的 重 视 。多 机 器 人 协 作 系 统 正 是 这 种 理 念 的具 体 实 现 ，其 中 每 个 机 器 人 都 可 看 作 是 自 主 的 智 能 体 ，这 种 多 机 器 人 系 统1。MARS(Mulit-AgentRoboticSystems)现已成为机器人学中一个新的研究观点而 在 实 际 应 用 中 ，双 机 器 人 协 调 系 统 是 最 常 见 的 ，也 是 需 求 量 最 大 的 。通 常 情 况 下 ，每 个 机 器 人 都 由 一 个 操 作 手 柄 ，或 一 个 控 制 箱 控 制 ，在 工 作 中 ，由 专 门 操 作 人 员 进行 操 作 。这 不 仅 要 求 操 作 人 员 具 有 扎 实 的 操 作 技 巧 ，同 时 也 需 要 操 作 人 员 之 间 良 好的 相 互 协 调 和 沟 通 能 力 。这 在 一 定 程 度 上 限 制 了 机 器 人 的 工 作 领 域 ，并 对 操 作 人 员提出了更高的要求。也 因 此 ，在 当 今 机 器 人 领 域 ，世 界 各 国 都 对 双 机 器 人 协 调 运 动 加 大 了 投 资 和 研发力度，并且已有了丰富的成果。但是，双机协调仍存在诸多问题：(1) 如何使机器人个体之间相互通信和相互作用。(2) 如何在各机器人之间表达，描述问题，分解和分配任务。1双机器人协调运动控制设计(3) 如何保证机器人在行动中行为协调一致。2。(4) 机器人彼此之间如何识别和解决冲突本 课 题 旨 在 通 过 机 器 人 自 带 仿 真 软 件 和 通 信 软 件 胞 没 通 过 分 析 通 信 协 议 ，设 计算 法 ，编 写 通 信 程 序 ，力 图 解 决 上 述 问 题 ，并 利 用 计 算 机 控 制 实 现 MOTOMAN 机 器 人3。的双机协调，并能够完成模仿中国象棋的对弈过程1.2 国内外机器人协调系统的发展概况1.2.1 多机器人系 统研究的 发展在 机 器 人 研 究 的 早 期 ，单 机 器 人 的 结 构 、运 动 学 、控 制 和 信 息 处 理 是 研 究 的 重点 。随 着 机 器 人 技 术 的 发 展 ，单 个 机 器 人 的 能 力 、鲁 棒 性 、可 靠 性 、效 率 等 都 有 很大 的 提 升 。但 面 对 一 些 复 杂 的 、需 要 高 效 率 的 、并 行 完 成 的 任 务 时 ，单 个 机 器 人 则难 以 胜 任 。为 了 解 决 这 些 问 题 ，机 器 人 学 的 研 究 一 方 面 进 一 步 开 发 智 慧 更 高 、能 力更 强 、柔 性 更 好 的 机 器 人 ；另 一 方 面 在 现 有 机 器 人 的 基 础 上 ，通 过 多 个 机 器 人 之 间的协调工作来完成复杂的任务。从 20 世 纪 80 年 代 中 期 到 90 年 代 ，分 布 式 人 工 智 能 和 复 杂 系 统 的 研 究 工 作 逐渐 开 展 并 活 跃 起 来 ，一 些 学 者 开 始 研 制 各 种 多 机 器 人 系 统 ，并 将 其 作 为 实 验 平 台 以进 行 相 关 的 理 论 研 究 和 仿 真 。这 些 研 究 的 出 现 将 分 布 式 人 工 智 能 、复 杂 系 统 、社 会学 、管 理 学 等 其 它 研 究 领 域 的 理 论 及 方 法 引 入 机 器 人 学 的 研 究 中 ，丰 富 了 机 器 人 学的 研 究 内 容 。而 且 ，这 方 面 的 研 究 通 常 从 系 统 角 度 出 发 ，探 讨 机 器 人 群 体 乃 至 机 器人 社 会 的 各 种 组 织 方 式 、信 息 交 互 方 式 、进 化 机 制 的 基 本 问 题 ，为 机 器 人 学 的 发 展4。提供了一条新的思路机 器 人 学 的 理 论 和 技 术 与 其 在 不 同 领 域 总 日 趋 广 泛 深 入 的 应 用 密 切 相 关 。在 工业领域，制造业进入 90 年代后开始面对用户对个性化产品的需求，从而导致对新5。工 业 机 器 人 作 为 现 代 制 造 系 统 中 不 可 或 缺 的 重一代制造系统理论的探讨和研究6,而 对 于 工 业 机 器 人 群 体 之 间 协 调 协 作 的 研要 组 成 部 分 必 学 适 应 这 种 变 革 的 要 求究 为 工 业 机 器 人 适 应 这 一 变 革 提 供 了 基 础 。在 军 事 领 域 ，军 用 机 器 人 已 被 用 来 替 代士 兵 完 成 一 些 危 险 任 务 ，如 侦 查 、排 雷 等 。对 于 这 些 危 险 的 工 作 ，通 过 不 同 功 能 的价 格 低 廉 的 据 用 机 器 人 群 体 协 作 将 提 高 完 成 任 务 的 效 率 和 成 功 率 。在 航 空 航 天 领2双机器人协调运动控制设计域 ，很 多 学 者 已 经 针 对 多 个 太 空 机 器 人 ，外 星 探 索 机 器 人 的 协 调 协 作 开 展 研 究 工 作 。在 服 务 业 ，清 洁 机 器 人 ，擦 窗 机 器 人 ，搬 运 机 器 人 等 服 务 机 器 人 的 应 用 也 对 协 调 工作提出了公告的要求。1.2.2 多机器人 协调系统 研究概况80 年 代 以 来 ，多 机 器 人 协 调 作 为 一 种 新 的 机 器 人 应 用 形 式 日 益 引 起 国 内 外 学术 界 的 兴 趣 与 关 心 ，1987 年 在 美 国 圣 地 亚 哥 召 开 的 多 机 器 人 协 调 研 讨 会 上 ，着 重提 出 了 多 机 器 人 协 调 研 究 的 主 要 问 题 。1989 年 国 际 杂 志 RoboticsandAutonomousSystem专 门 推 出 了 多 机 器 人 协 调 研 究 专 辑 ，足 见 对 该 问 题 的 重 视 。在 过 去 十 多 年里 ，人 们 对 多 机 器 人 协 调 控 制 中 的 协 调 和 集 中 、负 载 分 配 、运 动 分 解 、避 免 轨 迹 规划 、操 作 柔 性 体 等 问 题 上 进 行 了 大 量 的 研 究 。由 于 多 机 器 人 (主 要 是 多 机 器 人 臂 )操 作 物 体 时 形 成 的 闭 链 系 统 ，存 在 受 限 运 动 以 及 冗 余 度 控 制 问 题 ，因 此 多 机 器 人 协调控制问题十分复杂，但它基本上不涉及系统组织与合作机制等高层的控制问题，7。在多机器人协调控制中，机器人之间的组织与合作关系已经人为的事先确定了1.2.3 国内外相关技 术发 展概况经 过 二 十 多 年 的 发 展 ，多 机 器 人 系 统 的 研 究 已 在 理 论 和 实 践 方 面 取 得 了 很 大 的进 展 ，并 建 立 了 多 机 器 人 仿 真 系 统 和 实 验 系 统 。但 是 国 内 关 于 多 机 器 人 系 统 的 研 究刚 刚 起 步 ，而 国 外 的 研 究 则 比 较 活 跃 ，并 设 立 了 一 个 进 行 多 机 器 人 系 统 研 发 的MARTHA 课 题 “用 于 搬 运 的 多 自 动 机 器 人 系 统 (multiple autonomous robotssystem for transport and handing application)”。日 本 对 多 机 器 人 系 统 的 研 究 开 展 得 比 较 早 ，著 名 的 研 究 有 ACTRESS 系 统 和 CEBOT系 统 。ACTRESS 系 统 是 由 日 本 H.Asama 等 人 提 出 的 通 过 设 计 底 层 的 通 讯 结 构 从 而 把 机器 人 、接 口 设 备 和 计 算 机 等 连 接 起 来 的 自 主 多 机 器 人 智 能 系 统 ，这 个 系 统 的 主 要 特点 是 系 统 的 单 个 动 作 和 合 作 动 作 的 并 存 。日 本 名 古 屋 大 学 的 Fukuda 教 授 提 出 的CEBOT 系统。CEBOT 是一种自重构机器人系统(Self-Reconfgrable Robot System)，它 的 研 究 是 受 生 物 细 胞 结 构 的 启 发 ，将 系 统 中 众 多 具 有 相 同 和 不 同 功 能 的 机 器 人 视为 细 胞 元 ，这 些 细 胞 元 可 以 移 动 ，寻 找 和 组 合 ，形 成 更 加 复 杂 的 机 器 人 系 统 。细 胞结 构 机 器 人 可 以 自 组 织 成 器 官 化 机 器 人 ，多 个 器 官 化 机 器 人 可 以 进 一 步 自 组 织 ，形成 更 加 复 杂 的 机 器 人 系 统 。细 胞 结 构 机 器 人 系 统 强 调 是 单 元 体 的 组 合 如 何 根 据 人 物3双机器人协调运动控制设计和 环 境 的 要 求 动 态 重 构 。因 此 ，这 种 机 器 人 具 有 多 变 的 构 型 ，可 以 具 有 学 习 和 使 用的组智慧(Group I ntelligence)，并 具 有 分 布 式 的 体 系 结 构 。对 CEBOT 系 统 的 研 究8。涉及到系统的体系结构、通讯、信息交互等 许多方面美 国 学 者 K.jin 和 G.Beni 等 研 究 了 SWARM 系 统 。SWARM 系 统 是 有 大 量 自 治 机 器 人 组 成的 分 布 式 系 统 ，其 主 要 特 点 是 机 器 人 本 身 被 认 为 无 智 能 ，它 们 在 组 成 系 统 后 ，将 表现 出 群 体 的 智 慧 。在 国 内 已 开 发 出 在 车 辆 拥 挤 时 自 行 移 动 的 全 方 位 移 动 结 构 ，还 开发 了 使 用 带 有 桶 型 自 由 辊 的 车 轮 ，用 3 个 传 动 装 置 驱 动 可 自 由 地 前 后 左 右 移 动 或 旋9。转的递补结构ALLIANCE 是 由 美 国 学 者 Parker 提 出 的 用 于 研 究 异 质 ，中 小 规 模 ，独 立 性 强 的 ，疏 松 配 合 关 系 的 机 器 人 协 调 的 一 种 机 构 。通 过 传 感 器 信 息 和 精 确 的 广 播 (Broadcast通 讯 )来 感 知 自 身 的 行 动 效 应 和 其 它 机 器 人 的 行 动 。每 个 机 器 人 是 基 于 行 为 控 制 的 。L-ALLIANCE 是 该 结 构 的 扩 展 ，通 过 再 学 习 来 调 整 行 为 控 制 器 的 参 数 。该 结 构 成 功的应用于仿真和实物机器人，完成了如推箱子、捡垃圾、编队行进等任务。加 拿 大 Alberta 大 学 的 研 究 小 组 开 发 了 一 个 实 现 对 昆 虫 社 会 的 人 工 模 拟 的 实 验系 统 ，集 体 机 器 人 系 统 （CollectiveRobotics）。他 们 提 出 系 统 的 初 衷 是 将 许 多 简单 的 机 器 人 组 织 成 一 个 团 队 来 完 成 一 些 有 意 义 的 工 作 。为 实 现 这 个 目 标 ，研 究 针 对集 体 任 务 （Collective Task）的 机 器 人 控 制 体 系 结 构 和 算 法 以 及 传 感 信 息 地 分 析等 。具 体 来 说 ，在 机 器 人 之 间 没 有 建 立 显 式 通 讯 的 条 件 下 ，如 何 利 用 分 布 式 控 制 方式 实 现 多 机 器 人 系 统 的 协 作 。这 种 分 布 式 无 通 讯 系 统 易 于 机 器 人 的 添 加 、去 除 。多个 移 动 机 器 人 协 作 推 箱 子 的 实 验 结 果 表 明 ，在 不 存 在 显 式 通 讯 和 集 中 规 划 器 的 条 件10。下，尽管运行的结果不是一个最优解，但可以得到一个可行解美 国 OakRidge 国 家 实 验 室 的 LynneE.Parker 博 士 在 多 Agent协 作 、自 主 Agent体 系 结 构 、多 Agent 通 讯 的 方 面 作 了 许 多 工 作 。例 如 人 机 协 作 ，移 动 机 器 人 协 作 ，多 Agent协 作 ，智 慧 Agent 体 系 等 。他 们 研 究 的 协 作 机 器 人 是 集 成 了 感 知 、推 理 动作 的 智 能 系 统 、着 重 研 究 在 环 境 未 知 且 任 务 执 行 过 程 中 环 境 动 态 变 化 的 情 况 下 ，机器人如何协作完成任务。为 了 将 各 种 协 作 算 法 应 用 于 系 统 ，他 们 开 发 了 写 作 机 器 人 的 实 验 系 统 （如 下图 ）。这 是 一 种 适 用 于 户 外 的 实 验 系 统 ，包 括 各 运 输 车 ，四 个 微 机 器 人 ，且 在 机 器人 上 安 装 激 光 扫 描 仪 、摄 像 头 、声 纳 传 感 器 以 及 无 线 以 太 网 等 。另 外 还 有 一 种 适 用4双机器人协调运动控制设计于室内应用的系统，包括四个机器人，机器人上安装有各种传感器，包括 测距仪、接 触 传 感 器 、声 纳 、红 外 、视 觉 、罗 盘 以 及 基 于 激 光 的 2D 定 位 系 统 ，机 器 人 还 装11。有无线以太网以实现机器人之间的通讯以及机器人和工作站之间的通讯图 1-1 CESAR Emperor图 1-2 CESAR Normads美 国 USC 大 学 的 学 者 如 M.JMataric 等 在 基 于 行 为 的 多 机 器 人 写 作 方 面 作 了 许 多工 作 。他 们 采 用 自 上 而 下 的 路 线 ，基 于 行 为 的 方 式 研 究 分 析 、设 计 机 器 人 群 行 为 的12。表现，在多机器人学习、群体行为、协调与协作等方面展开工作他 们 针 对 多 机 器 人 协 调 ，协 作 建 立 的 实 验 系 统 有 SociallyMobile 和 TheNerdHerd,如下图所示。5图 1-3 Socially Mobile双机器人协调运动控制设计图 1-4 The Nerd Herd我国多机器人系统的研究相对于国外起步较晚，目前已逐渐引起人们的重视，上 海 交 通 大 学 ，中 国 科 学 院 ，哈 尔 滨 工 业 大 学 机 器 人 研 究 所 ，东 北 大 学 等 已 先 后 开发出各种形式的多机器人系统。中 科 院 沈 阳 自 动 化 研 究 所 以 制 造 环 境 应 用 多 机 器 人 装 配 为 背 景 ，建 立 了 一 个 多机器人协作装配系统(multi-robot cooperative assembly system, MRCAS)。该系统 采 用 集 中 与 分 散 相 结 合 的 分 层 体 系 结 构 ，分 为 合 作 组 织 级 和 协 调 作 业 级 。合 作 组织 级 的 协 作 控 制 HOST 由 一 台 PC 机 构 成 ，协 调 作 业 级 则 由 PUMA560，PUMA960，AdeptI和 全 方 位 移 动 车 ODV组 成 。HOST 机 的 ISA总 线 上 安 装 一 块 四 串 口 板 ，分 别 与 PUMA560，PUMA760，AdeptI 和 ODV车 进 行 通 信 。利 用 MRCAS进 行 多 机 器 人 协 作 装 配 工 作 的 实 验结 果 表 明 ：MRCAS 系 统 为 深 入 研 究 多 机 器 人 协 作 理 论 与 方 法 提 供 了 一 个 良 好 的 实 验13。平台，并对多机器人协作系统的实际应用具有参考价值在 多 机 器 人 系 统 中 ，最 集 中 的 和 关 键 的 问 题 表 现 在 多 机 器 人 系 统 的 体 系 结 构 以及 相 应 的 协 调 机 制 上 。因 此 ，如 何 定 义 和 评 价 机 器 人 群 体 的 活 动 和 准 则 ，是 群 体 机器 人 系 统 面 临 和 需 要 解 决 的 首 要 问 题 。目 前 对 于 多 机 器 人 评 价 方 法 和 准 则 的 研 究 还处 于 初 级 阶 段 ，许 多 方 面 还 有 待 更 深 入 的 研 究 ，这 是 一 项 富 有 挑 战 性 的 工 作 ，在 理论上，技术上实现都需要我们做更多的工作。1.3 课题来源机 器 人 技 术 的 发 展 使 机 器 人 的 能 力 不 断 提 高 ，机 器 人 应 用 的 领 域 和 范 围 正 不 断扩 展 ，从 自 动 化 工 厂 的 装 配 工 厂 到 深 海 作 业 乃 至 核 工 业 的 故 障 处 理 、太 空 中 操 作 任务 等 都 迫 切 需 要 机 器 人 进 入 角 色 。一 方 面 ，由 于 任 务 的 复 杂 性 ，在 但 机 器 人 难 以 完6双机器人协调运动控制设计成 任 务 时 ，人 们 希 望 多 机 器 人 之 间 的 协 调 与 合 作 来 完 成 。另 一 方 面 ，人 们 也 希 望 通过 多 机 器 人 间 的 协 调 与 合 作 ，来 提 高 机 器 人 系 统 在 作 业 过 程 中 的 效 率 ，进 而 当 机 器人 工 作 环 境 发 生 变 化 时 或 系 统 局 部 发 生 故 障 时 ，多 机 器 人 之 间 仍 可 通 过 本 身 具 有 的协调与合作关系完成预定的任务。机 器 人 技 术 的 发 展 使 得 机 器 人 的 应 用 领 域 和 范 围 不 断 扩 展 ，机 器 人 面 临 着 更 复杂 的 作 业 ，这 些 复 杂 的 作 业 由 单 一 机 器 人 已 难 以 完 成 ，需 要 多 个 机 器 人 协 调 与 合 作共 同 完 成 。另 外 ，目 前 的 由 多 台 、几 十 台 甚 至 上 百 台 机 器 人 组 成 的 自 动 化 生 产 线 系统 柔 性 较 差 ，机 器 设 备 组 织 的 改 变 既 困 难 又 昂 贵 ，仅 适 于 长 周 期 、单 一 式 产 品 的 大批 量 生 产 ，而 难 以 适 应 小 批 量 、多 品 种 的 生 产 ，从 而 缺 乏 敏 捷 制 造 的 能 力 ，难 以 适应 灵 活 多 变 的 市 场 需 求 。因 此 ，多 机 器 人 系 统 的 组 织 与 控 制 方 法 对 系 统 性 能 的 影 响极 大 ，如 何 组 织 由 多 个 机 器 人 构 成 的 群 体 ，以 及 在 这 样 的 群 体 中 如 何 实 现 机 器 人 的协 调 合 作 问 题 已 成 为 当 前 的 机 器 人 研 究 领 域 的 一 个 新 课 题 ，具 有 重 要 的 理 论 和 现 实意义。双 机 器 人 协 调 系 统 的 应 用 领 域 非 常 的 广 泛 ，尤 其 是 在 我 国 的 机 械 装 备 制 造 业 飞速 发 展 的 今 天 。在 汽 车 ，机 械 ，航 天 及 高 精 度 仪 器 等 科 技 含 量 高 的 领 域 ，拥 有 巨 大的 市 场 。本 课 题 主 要 基 于 我 校 机 电 工 程 系 机 器 人 专 业 实 验 室 的 两 台 首 钢 莫 托 曼 机 器人 有 限 公 司 MOTOMAN-HP6 装 配 机 器 人 设 备 ，旨 在 利 用 计 算 机 网 络 技 术 ，实 现 双 机 器人的协调工作，能完成较复杂的工作任务。1.4 本文研究内容、方案及步骤本 文 主 要 基 于 MOTOMAN-HP6 型 机 器 人 系 统 ，利 用 其 自 带 的 通 信 软 件 MOTOCOM，利 用 计 算 机 网 络 技 术 和 VC+等 手 段 编 写 象 棋 对 弈 及 机 器 人 控 制 程 序 ，实 现 对 机 器人 的 计 算 机 控 制 ，并 实 现 一 定 的 智 慧 化 ，为 以 后 的 机 器 人 协 调 控 制 二 次 开 发 奠 定 基础。总体方案的拟定:本课题主要由两个部分组成：1) 象 棋 对 弈 程 序 ：通 过 参 考 相 关 数 据 ，根 据 象 棋 的 走 棋 规 则 设 计 出 符 合 条 件的 算 法 ，要 求 在 一 方 走 完 之 后 ，另 一 方 可 以 根 据 新 的 棋 局 ，生 成 所 有 合 法 的 走 棋 规则 ，并 能 从 中 选 出 最 优 走 法 ，同 时 对 计 算 机 屏 幕 进 行 重 绘 ，用 图 形 的 方 式 显 示 当 前7双机器人协调运动控制设计棋局。此部分需要完成以下功能： 棋 盘 显 示 程 序 ：这 里 ，我 们 通 过 在 VC 中 添 加 棋 子 位 图 ，创 建 新 的 位 图 。要求 分 别 设 计 出 红 黑 双 方 的 棋 子 及 棋 盘 ，并 根 据 整 个 屏 幕 的 显 示 尺 寸 ，调 整 位 图 尺 寸 。在 对 弈 过 程 中 ，该 部 分 要 提 取 棋 子 坐 标 并 将 其 转 换 成 屏 幕 坐 标 用 来 将 棋 子 显 示 在 屏幕上。 算 法 程 序 ：中 国 象 棋 算 法 的 研 究 已 有 接 近 30 的 历 史 ，现 在 也 开 发 出 了 多 种成 熟 的 对 弈 算 法 。鉴 于 本 文 重 点 放 在 如 何 实 现 对 机 器 人 的 协 调 控 制 ，所 以 我 们 根 据相 关 数 据 选 取 了 几 种 较 优 秀 的 算 法 加 入 到 我 们 的 程 序 中 来 ，完 成 我 们 所 设 定 的 功能。 机 器 人 与 计 算 机 之 间 的 通 信 程 序 设 计 ：计 算 机 和 机 器 人 之 间 的 通 信 数 据 主要 由 如 下 几 部 分 组 成 ：对 弈