СПОСОБ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУЗОВ НА СКЛАДЕ ТАРНО-ШТУЧНЫХ ГРУЗОВ
METHOD FOR TRANSFER OF CARGOES IN WAREHOUSE OF PACKED PIECES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области робототехники и к складам предприятий и магазинов, и может быть использовано для механизации и автоматизации перемещений тарно-штучных грузов на складе.
Уровень техники
Использование складов тарно-штучных грузов имеет большое значение для организации работы промышленных предприятий.
Технологическое оборудование складов включает: подъемно-транспортное оборудование; грузозахватные приспособления к подъемно-транспортному оборудованию, в том числе, полуавтоматические и автоматические; средства малой механизации; весоизмерительное оборудование; стеллажи (см.: НТП-АПК 1.10.17.001-03. Нормы технологического проектирования баз и складов общего назначения предприятий ресурсного обеспечения. - Введ. 2003-11-01. - М.: ФГНУ НПЦ «Гипронисельхоз», 2003. - 56 с.).
Для транспортирования и контроля тарно-штучных грузов в зоне комплектации автоматизированного склада используют специальное подъемно-транспортное оборудование (см.: ГОСТ 27873-88. Оборудование зон экспедиций автоматизированных складов, оснащенных стеллажными кранами-штабелерами. Типы. - Введ. 1989-01-01. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 5 с.).
Склад тарно-штучных грузов имеет следующие складские зоны: зону разгрузки, зону приемки товара, зону хранения, зону комплектации, зону погрузки. Зону хранения оборудуют многоярусными стеллажами. В зоне хранения создают проезды для внутрискладских средств механизации и технологические проходы между оборудованием. Большое значение для организации работы склада имеет организация следующих складских операций: отбор грузов из мест хранения, внутрискладские перемещения грузов, в частности, перемещения грузов из зоны хранения в зону комплектации.
Из уровня техники известен склад тарно-штучных грузов (см.: патентный документ RU 2077466 С1, «Склад для хранения и перемещения тарно-штучных грузов», опубл. 20.04.1997), содержащий многоярусные стеллажи, конвейеры, элеваторы для подачи и снятия грузов с конвейеров. Из уровня техники известен плужковый сбрасыватель материала с ленточного конвейера (см.: патентный документ SU 1558825 А1, «Плужковый сбрасыватель материала с ленточного конвейера», опубл. 23.04.1990), посредством которого сбрасывают грузы с конвейера.
В документе: ГОСТ Р ИСО 8373-2014. Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения. - Введ. 2016-01-01. - М.: Стандартинформ, 2015. - 33 с., определены термины, используемые по отношению к роботам и роботизированным устройствам, работающим как в промышленных, так и непромышленных областях. В документе: ИСО 9787:2013. Роботы и роботизированные устройства. Системы координат и условных обозначений перемещений (см.: ISO 9787:2013. Robots and robotic devices. - Coordinate systems and motion nomenclatures, URL: https://www.iso.org/standard/59444.html, дата обращения: 14.06.2017), установлены и определены системы координат роботов.
В патентном документе US 2015/0032252 A1 «System and method for piece-picking or put-away with a mobile manipulation robot» (Assignee: IAM Robotics, LLC, опубл. 29.01.2015), описан способ организации работы склада тарно-штучных грузов, в котором внутрискладские перемещения грузов, отбор грузов из места хранения производят посредством использования мобильного робота. Таким образом, в качестве подъемно-транспортного оборудования используют мобильный робот, который в качестве автоматического грузозахватного приспособления содержит руку робота, захватное устройство, посредством которого производят отбор тарно-штучных грузов, размещенных в многоярусных стеллажах, установленных в зоне хранения грузов. Внутрискладские перемещения грузов из зоны хранения в зону комплектации производят посредством транспортировки грузов на мобильном роботе. При этом осуществляют сбрасывание тарно-штучного груза в специальный контейнер, предназначенный для транспортировки груза, и размещенный на этом мобильном роботе. В этом патентном документе указано то, что обмен данными между центральным сервером и мобильным роботом осуществляют посредством создания беспроводной локальной компьютерной сети. При этом, мобильный робот содержит мобильную платформу, источник энергии, бортовой компьютер с устройством хранения информации. В этом патентном документе US 2015/0032252 A1 описывают способ, в котором отбор грузов из зоны хранения и транспортировку его в зону комплектации производят одним мобильным роботом, и при этом не используют метание груза, имеющее фазу разгона груза, состоящую из принудительного перемещения груза, с одновременным удержанием этого груза захватным устройством, по заданной траектории, с заданной скоростью и с заданным ускорением, посредством перемещения руки робота, запястья робота, захватного устройства, которым удерживают этот груз.
В патентном документе US 2015/0360865 A1 «Robotic manipulator for warehouses» (Assignee: HDT ROBOTICS, INC., опубл. 17.12.2015), описан способ организации работы склада тарно-штучных грузов, в котором отбор грузов из зоны хранения производят посредством использования мобильного робота, содержащего захватное устройство, и предназначенного для отбора грузов из зоны хранения. При этом внутрискладские перемещения грузов из зоны хранения в другую зону склада производят посредством транспортировки грузов на мобильном роботе, предназначенном для транспортировки грузов. При этом передачу груза от мобильного робота, предназначенного для отбора грузов из зоны хранения, к мобильному роботу, предназначенному для транспортировки грузов, производят посредством осуществления кооперации этих роботов. В этом патентном документе US 2015/0360865 A1 описывают способ, в котором отбор грузов из зоны хранения и транспортировку его в другие зоны склада производят без использования метания груза, имеющего фазу разгона груза, состоящую из принудительного перемещения груза, с одновременным удержанием этого груза захватным устройством, по заданной траектории, с заданной скоростью и с заданным ускорением, посредством перемещения руки робота, запястья робота, захватного устройства, которым удерживают этот груз.
Компания KUKA AG (см.: URL: http://www.kuka.com/, дата обращения: 14.06.2017) поставляет мобильный робот «KMR iiwa» (см.: URL: https://www.kuka.com/en-at/products/mobility/mobile-robots/kmr-iiwa, дата обращения: 14.06.2017), который содержит руку робота с установленным захватным устройством, мобильную платформу, содержащую всенаправленный мобильный механизм, бортовой компьютер, сетевое оборудование, предназначенное для подключения бортового компьютера к беспроводной локальной компьютерной сети.
Компания HDT Robotics, Inc. (см.: URL: http://www.hdtglobal.com, дата обращения: 14.06.2017) поставляет руку робота «Adroit МK2 Arm» (см.: URL: http://www.hdtglobal.com/wp-content/uploads/2015/01/HDT_MK2robotics_16.pdf, дата обращения: 14.06.2017) массой менее 10 кг, с установленным захватным устройством. При этом максимальная угловая скорость индивидуальных соединений руки робота - 120 градусов в секунду, максимальная угловая скорость индивидуальных соединений захватного устройства - 240 градусов в секунду, длина руки робота - около 127 см, усилие удержания предмета захватным устройством - 53 Н, количество степеней свободы руки робота - 11.
В статье «Skillful manipulation based on high-speed sensory-motor fusion», Taku Senoo, Yuji Yamakawa, Satoru Mizusawa, Akio Namiki, Masatoshi Ishikawa and Makoto Shimojo, - 2009 IEEE International Conference on Robotics and Automation, May 12-17, 2009, pp. 1611-1612. Publisher: IEEE. DOI: 10.1109/ROBOT.2009.5152852 (см.: URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/5152852/, дата обращения: 14.06.2017) описана рука робота, на которую установлено запястье робота, посредством которой позиционируют и ориентируют видеокамеру, установленную на запястье робота.
Для обеспечения работы мобильного робота, на бортовой компьютер мобильного робота устанавливают операционную систему реального времени, например, «NI Linux Real-Time» (см.: URL: http://www.ni.com/white-paper/14627/en/, дата обращения: 14.06.2017).
Для управления в режиме реального времени мобильным роботом, содержащим мобильную платформу, руку робота, захватное устройство, видеокамеру, и для осуществления работы мобильного робота в режиме реального времени, используют специальные компьютерные программы, например, программное обеспечение «LabVIEW Robotics Bundle» (см.: URL: http://www.ni.com/white-paper/11564/en/, дата обращения: 14.06.2017). Совокупность компьютерных программ «LabVIEW Robotics Bundle» содержит программное обеспечение встроенных систем реального времени, предназначенное для управления в режиме реального времени рукой робота, всенаправленным мобильным механизмом, приводами руки робота, обработкой изображений. Известно программное обеспечение «The Orocos Real-Time Toolkit» (см.: URL: http://www.orocos.org/rtt, дата обращения: 14.06.2017), предназначенное для управления мобильным роботом в режиме реального времени, и посредством которого осуществляют перемещения руки робота, на которой установлено запястье робота, с заданной скоростью, по заданной траектории.
При управлении мобильным роботом используют видеокамеры, подключенные к бортовому компьютеру мобильного робота, через которые на этом бортовом компьютере получают изображения объектов, с которыми взаимодействует мобильный робот. Для распознавания и определения пространственного расположения этих объектов используют специальные компьютерные программы, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения (см.: Компьютерное зрение, Л. Шапиро, Дж. Стокман. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2006 - 752 с., ISBN: 5-94774-384-1). Посредством алгоритмов компьютерного зрения и совокупностью специальных программ, посредством которых реализуют эти алгоритмы, выполняют, например:
- распознавание определенного объекта по полученным изображениям этого объекта;
- определение пространственного расположения определенного объекта относительно видеокамеры по полученным изображениям этого объекта;
- нахождение оценки скорости объекта по получаемым изображениям этого объекта;
- определение параметров траектории перемещения объекта в трехмерном пространстве.
Для вычисления расстояния до объекта используют две видеокамеры, через которые, на бортовом компьютере мобильного робота, получают изображения этого объекта с двух различных ракурсов. При этом алгоритмы компьютерного зрения применяют особенно эффективно в тех случаях, когда по получаемым изображениям объекта, имеющего форму многогранника, определяют пространственное расположение этого объекта.
В статье «Review of some advances and applications in real-time highspeed vision: Our views and experiences», - Qing-Yi Gu, Idaku Ishii. International Journal of Automation and Computing, August 2016, Volume 13, Issue 4, pp. 305-318, DOI: 10.1007/s11633-016-1024-0, описывают применение в области робототехники высокоскоростных видеокамер для распознавания и определения пространственного расположения объектов, для определения скорости движения объектов в режиме реального времени, и для проведения обмеров трехмерных объектов, и при этом отмечают то, что разработано достаточно много высокоскоростных систем технического зрения, посредством которых получают и обрабатывают в режиме реального времени, например, не менее 1000 изображений в секунду, с разрешением 1024×1024 пикселей.
При управлении мобильным роботом используют совокупность специальных программ, реализующих алгоритмы компьютерного зрения, например, программное обеспечение OpenCV (Open Source Computer Vision Library, см.: URL: http://opencv.org, дата обращения: 14.06.2017), с применением стандарта OpenVX (см.: URL:http://www.khronos.org/openvx/, дата обращения: 14.06.2017), предназначенное для ускорения выполнения компьютерных программ в режиме реального времени в области компьютерного зрения.
Программное обеспечение OpenCV с поддержкой технологии CUDA (Compute Unified Device Architecture, см.: URL: http://www.nvidia.com/object/cuda_home_new.html, дата обращения: 14.06.2017), и с применением стандарта OpenVX используют в робототехнике и в области автономных транспортных средств, что обеспечивает высокую скорость обработки одновременно нескольких изображений, полученных через несколько видеокамер, в режиме реального времени (см.: «NVIDIA ускоряет разработку OpenCV приложений с помощью GPU», URL: http://www.nvidia.ru/object/nvidia-for-opencv-press-20100923-ru.html, дата обращения: 14.06.2017). Например, в статье «Parallel image processing based on CUDA», Zhiyi Yang, Yating Zhu, Yong Pu. - 2008 International Conference on Computer Science and Software Engineering, pp. 198-201, DOI: 10.1109/CSSE.2008.1448, Publisher: IEEE (см.: URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/4722322/), описывают преимущества использования технологии CUDA для обработки изображений.
При этом, для управления оборудованием, которое содержит мобильный робот, используют стандарт для кроссплатформенного параллельного программирования OpenCL (Open Computing Language, см.: URL: https://www.khronos.org/opencl/, дата обращения: 14.06.2017) и его реализации.
Для осуществления кооперации двух мобильных роботов используют программную систему с параллельными вычислениями. Для этого используют, например, стандарт OpenMP (Open Multi-Processing, см.: URL: http://www.openmp.org/, дата обращения: 14.06.2017) и специальные компьютерные программы (см.: URL: http://www.openmp.org/resources/openmp-compilers/, дата обращения: 14.06.2017), посредством которых осуществляют функционирование системы с параллельными вычислениями, в соответствии с этим стандартом.
Для осуществления кооперации двух мобильных роботов осуществляют синхронизацию системного времени на каждом бортовом компьютере мобильного робота, подключенном к беспроводной локальной компьютерной сети, например, посредством использования сетевого протокола NTP (см.: URL: http://www.ntp.org/, дата обращения: 14.06.2017). При этом, например, применяют специальную компьютерную программу ntpd (Network Time Protocol daemon, см.: URL: http://www.ntp.org/downloads.html, дата обращения: 14.06.2017), посредством которой устанавливают и поддерживают системное время с осуществлением синхронизации с сервером точного времени.
Компьютерные программы, предназначенные для осуществления работы мобильного робота, инсталлируют на бортовой компьютер мобильного робота.
Траекторию движения объекта, брошенного под углом к горизонту, полагая, что сила сопротивления воздуха, действующая на брошенный объект, пропорциональна квадрату скорости объекта (при этом предварительно определяют коэффициент пропорциональности К, соответствующий движению объекта с определенной начальной скоростью), находят из специальной системы обыкновенных дифференциальных уравнений (см.: «An introduction to computer simulation methods: applications to physical systems», Harvey Gould, Jan Tobochnik, Wolfgang Christian. - 3rd ed., Addison-Wesley Publishing Company, 2007, ISBN: 0-8053-7758-1, pp. 64-66). Для этой системы обыкновенных дифференциальных уравнений рассматривают задачу Коши, которая описывает движение объекта, который бросили под углом к горизонту в заданный момент времени, с заданными начальными значениями координат центра масс объекта и с заданным начальными значениями координат вектора скорости центра масс объекта, с учетом того, что сила сопротивления воздуха, действующая на брошенный объект, пропорциональна квадрату скорости объекта. Для нахождения приближенного решения этой задачи Коши используют численные методы решения задачи Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений.
Коэффициент сопротивления воздуха К, соответствующий движению объекта с определенной начальной скоростью, вычисляют экспериментально, например, с использованием видеозаписи метания объекта с заданной скоростью под углом к горизонту. Методы нахождения приближенного значения коэффициента сопротивления воздуха К для сверхзвуковых скоростей перемещения объекта хорошо изучены (см.: «Аппроксимация закона сопротивления воздуха 1943 г.», - Ефремов А.К. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, ISSN: 1994-0408, №10, 2013, сс. 269-284, DOI: 10.7463/1013.0609269).
Для нахождения приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений с граничными условиями используют метод пристрелки для краевых задач системы обыкновенных дифференциальных уравнений с применением численных методов (см.: «Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений», под ред. А.Д. Горбунова. - М.: Мир, 1979, стр. 196-216).
Из уровня техники известны устройства, предназначенные для осуществления метания предметов, описанные, например, в следующих патентных документах: SU 491020 А1 («Электромеханическая машинка для метания тарелкообразных мишеней», опубл. 05.11.1975), SU 568389 A3 («Машинка для метания дисковых предметов», опубл. 05.08.1977). В патентном документе RU 2471530 С2 («Аттракцион катапульта», опубл. 10.01.2013) описано применение катапульты, которое представляет собой устройство для осуществления функции броска седока с достижением технического результата изобретения RU 2471530 С2, который заключается в возможности регулировки дальности полета кресла, в котором расположен седок, а также траектории его полета. При осуществлении изобретения RU 2471530 С2 кресло вместе с седоком совершает качательное движение. При этом осуществляется возможность устанавливать высоту и дальность полета седока посредством задания угла точки отрыва и техническими параметрами аттракциона.
Метание предмета мобильным роботом, содержащим руку робота, запястье робота, захватное устройство, осуществляют следующим образом. Сначала захватывают метаемый предмет посредством захватного устройства, установленного на запястье робота. Затем перемещают руку робота, запястье робота, захватное устройство вместе с удерживаемым предметом, по заданной траектории, с заданной скоростью и с заданным ускорением. При этом, в заданной точке отрыва производят мгновенное раскрытие захватного устройства, что приводит к осуществлению свободного полета метаемого предмета. Таким образом, метание предмета выполняют двухфазным, имеющим фазу разгона предмета, состоящую из принудительного перемещения предмета по заданной траектории, с одновременным удержанием этого предмета захватным устройством, с заданной скоростью и с заданным ускорением, посредством перемещения руки робота, запястья робота, захватного устройства, которым удерживают этот предмет, и фазу свободного полета предмета.
В статье «Catching flying balls and preparing coffee: humanoid Rollin'Justin performs dynamic and sensitive tasks», Berthold Bauml, Florian Schmidt, Thomas Wimbock, and others, - 2011 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 9-13 May 2011, pp. 3443-3444. Publisher: IEEE. DOI: 10.1109/ICRA.2011.5980073 (см.: URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/5980073/, дата обращения: 14.06.2017) описывают мобильный робот, содержащий мобильную платформу, руку робота, запястье робота и захватное устройство, посредством которого осуществляют захват на лету предмета, который метают с различных дистанций. Известны основные характеристики этого мобильного робота: масса - около 200 кг, грузоподъемность - около 20 кг, диаметр рабочего пространства - более 1,6 м (см.: URL: http://meteron.dlr.de/rollin-justin/, дата обращения: 14.06.2017).
Из уровня техники известно осуществление кооперации двух мобильных роботов, расположенных на расстоянии более 3 м друг от друга, при которой осуществляют метание предмета посредством одного мобильного робота и захват на лету этого предмета захватным устройством другого мобильного робота (см.: URL: http://www.robotic.dlr.de/bcatch, дата обращения: 14.06.2017). При этом вышеуказанная кооперация двух мобильных роботов предназначена для демонстрации игры в мяч.
В статье «Catching flying balls with a mobile humanoid: System overview and design considerations)), Berthold Bauml, Oliver Birbach, Thomas Wimbock, Udo Frese, Alexander Dietrich, Gerd Hirzinger, - 2011 11th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots (Humanoids), 26-28 Oct. 2011, pp. 513-520. Publisher: IEEE. DOI: 10.1109/Humanoids.2011.6100837 (см.: URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/6100837/, дата обращения: 14.06.2017), описывают захват на лету мяча захватным устройством, установленным на мобильном роботе. При этом, мяч метает человек с расстояния около 6 м, со скоростью около 7 м/с, масса мяча - 50 г, диаметр мяча - 8,5 см. Для осуществления захвата на лету этого мяча используют видеокамеры и совокупность специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения.
Зона захвата захватного устройства представляет собой пространство, при помещении в которое предмета возможно осуществление захвата этого предмета этим захватным устройством. В патентном документе SU 1133086 А2 («Захват манипулятора», опубл. 07.01.1985) отмечают то, что надежность захвата и удержания предмета захватным устройством зависит от пространственного расположения предмета в зоне захвата захватного устройства.
Для захвата на лету предмета захватным устройством необходимо, чтобы этот предмет попал в зону захвата захватного устройства, и при этом его скорость относительно захватного устройства не превышала максимально допустимую для захвата. Захват на лету предмета захватным устройством осуществляют следующим образом. Сначала настраивают видеокамеры, с помощью специальных программ, на получение изображений метаемого предмета так, чтобы эти изображения содержали траекторию перемещения этого предмета при метании. Затем осуществляют метание предмета. На бортовом компьютере получают изображения метаемого предмета и по получаемым изображениям вычисляют параметры траектории перемещения этого предмета. При этом перемещают захватное устройство так, чтобы метаемый предмет попал в зону захвата этого захватного устройства. При попадании метаемого предмета в зону захвата захватного устройства осуществляют мгновенное закрытие захватного устройства. При этом момент попадания метаемого предмета в зону захвата захватного устройства определяют посредством обработки изображений этого предмета с помощью специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения.
При осуществлении захвата на лету предмета захватным устройством происходит ударное взаимодействие предмета и захватного устройства, которое может привести к отскоку предмета от захватного устройства и выходу предмета из зоны захвата захватного устройства до осуществления захвата этого предмета, если скорость перемещения летящего предмета слишком высокая. Таким образом, надежность осуществления захвата на лету предмета захватным устройством обеспечивают за счет достаточно точного вычисления траектории перемещения летящего предмета и за счет достаточно высокой скорости перемещения звеньев захватного устройства при закрытии захватного устройства.
2
В статье «Motion planning for catching a light-weight ball with highspeed visual feedback», Kenichi Murakami, Yuji Yamakawa, Taku Senoo, Masatoshi Ishikawa, - Proceedings of the 2015 IEEE Conference on Robotics and Biomimetics, 2015 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO), December 6-9, 2015, pp. 339-344. Publisher: IEEE. DOI: 10.1109/ROBIO.2015.7418790 (см.: URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/7418790/, дата обращения: 14.06.2017), описывают алгоритм захвата на лету мяча высокоскоростным роботизированным манипулятором. В этой статье описывают алгоритм захвата на лету мяча захватным устройством, посредством реализации которого уменьшается скорость летящего мяча относительно захватного устройства. При метании использован мяч радиуса 5 см, массой 14 грамм, который метают со скоростью 11 м/с, с расстояния 3,8 м. При этом скорость мяча вблизи точки захвата составляет около 8 м/с.Для определения трехмерного расположения мяча используют две видеокамеры, через которые получают изображения метаемого предмета и специальные программы, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения. Для захвата на лету мяча используют захватное устройство, с максимальной скоростью звеньев захватного устройства - 6 м/с, с максимальным ускорением звеньев захватного устройства - 58 м/с. При этом, максимальная угловая скорость звеньев захватного устройства - 1800 градусов в секунду, усилие удержания предмета захватным устройством - 12 Н.
В статье «Catching objects in flight», Seungsu Kim, Ashwini Shukla, Aude Billard, - IEEE Transactions on Robotics, Volume 30, Issue 5, pp.1049-1065. Publisher: IEEE, 2014. DOI: 10.1109/TRO.2014.2316022 (см.: URL: http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6810147/, дата обращения: 14.06.2017), описывают алгоритмы захвата на лету различных предметов, в частности, теннисной ракетки, пустой бутылки, частично наполненной бутылки, картонной коробки, и описывают результаты осуществления захвата на лету этих предметов посредством захватного устройства, установленного на руке робота «KUKA LWR 4+» (см.: URL: http://www.kukakore.com/wpcontent/uploads/2012/07/KUKA_LBR4plus_ENLISCH.pdf, дата обращения: 14.06.2017). При этом предметы метает человек с расстояния около 3,5 м от захватного устройства, со скоростью около 7 м/с. Например, масса частично наполненной бутылки, которую метают, равна 133 г. Надежность захвата на лету предмета обеспечивают за счет достаточно высокой точности вычисления траектории движения метаемого предмета.
Для определения пространственного расположения звеньев, которые содержит рука робота и запястье робота, используют проприоцептивные датчики, например, энкодеры (см.: патентный документ RU 2487007 С1, «Мобильный робот», опубл. 10.07.2013).
Из уровня техники известны стенды, предназначенные для определения координат центра масс изделий (см.: патентный документ RU 2525629 С1, «Стенд для измерения массы и координат центра масс изделий», опубл. 20.08.2014).
Из уровня техники известны пункты управления, предназначенные для управления в режиме реального времени электронным оборудованием (см.: патентный документ RU 145696 U1, «Пункт управления телемеханикой продуктопровода», опубл. 27.09.2014).
Погрешности отработки траектории движения руки робота, запястья робота, захватного устройства, всенаправленного мобильного механизма определяют с помощью испытания робота под нагрузкой. В документе: ИСО 9283:1998. Роботы промышленные манипуляционные. Рабочие характеристики и соответствующие методы тестирования (см.: ISO 9283:1998. Manipulating industrial robots - Performance criteria and related test methods, URL: https://www.iso.org/standard/22244.html, дата обращения: 14.06.2017), описаны методы определения и тестирования рабочих характеристик промышленных манипуляционных роботов, в частности, точности отработки траектории, точности скорости отработки траектории.
Параметры рабочего пространства мобильного робота и диаметр пространства, ометаемого всеми движущимися деталями мобильного робота, определяют с помощью обмера деталей мобильного робота.
В документе: ГОСТ ИСО 8995-2002. Принципы зрительной эргономики. Освещение рабочих систем внутри помещений. - Введ. 2004-01-01. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. - 32 с., изложены требования к освещению рабочих систем в рабочих помещениях промышленных зданий.
Для обмера помещений и построения трехмерных моделей помещений, а также, для обмера трехмерных объектов и построения трехмерных моделей объектов, габаритные размеры которых превышают, например, 1 м, используют специальные 3D-сканеры, в частности, например, 3D-сканер «Faro Focus 3D X 330 HDR» (см.: URL: http://www.faro.com/products/3d-surveying/laser-scanner-faro-focus-3d/features, дата обращения: 14.06.2017). Для обмера трехмерных объектов и построения трехмерных моделей объектов, габаритные размеры которых не превышают, например, 1 м, используют специальные 3D-сканеры, в частности, например, 3D-сканер «Artec Space Spider» (см.: URL: https://www.artec3d.com/ru/3d-scanner/artec-spider, дата обращения: 14.06.2017).
Раскрытие сущности изобретения Изобретением является новый способ перемещения грузов на складе тарно-штучных грузов. Заявленный способ предназначен для осуществления перемещения тарно-штучных грузов, жестко закрепленных внутри жесткой упаковки, не являющихся опасными и хрупкими, массой от 100 до 500 г, габаритные размеры которых: длина, высота, ширина - от 5 до 10 см. Для реализации заявленного изобретения используют два одинаковых мобильных робота, которые являются шарнирными роботами, содержащими вращательные и сферические шарниры. Первый мобильный робот используют, посредством автоматического функционирования этого робота, для отбора грузов из мест хранения и для метания грузов. Второй мобильный робот используют, посредством автоматического функционирования этого робота, для транспортировки грузов в другие зоны склада, в том числе в зону комплектации, и для захвата на лету грузов, которые метают посредством первого мобильного робота.
Каждый мобильный робот содержит:
- мобильную платформу, содержащую всенаправленный мобильный механизм, на которой размещают все остальные элементы мобильного робота;
- бортовой компьютер с подключенным устройством хранения информации;
- сетевое оборудование, предназначенное для подключения бортового компьютера в качестве узла компьютерной сети к беспроводной локальной компьютерной сети на основе технологии Wi-Fi;
- руку робота, запястье робота, установленное на этой руке робота, и рабочий орган робота, который является захватным устройством, установленным на этом запястье робота;
- две руки робота, два запястья робота, которые установлены по одному на каждой из этих рук робота, и предназначены для установки на каждом из них по одной видеокамере;
- две видеокамеры, установленные на запястьях робота, при этом каждая видеокамера размещена на отдельном запястье робота, с помощью которого эту видеокамеру позиционируют и ориентируют;
- источник энергии, предназначенный для обеспечения нормальной работы всех элементов мобильного робота.
Используют мобильную платформу с возможностью перемещения по ровной плоской сплошной горизонтальной поверхности. Верхняя часть мобильной платформы представляет собой ровную плоскую поверхность. Мобильная платформа содержит всенаправленный мобильный механизм, содержащий соответствующую совокупность проприоцептивных датчиков, приводов и блоков управления приводами. Перемещениями мобильной платформы управляют посредством осуществления управления всенаправленным мобильным механизмом. Всенаправленным мобильным механизмом управляют посредством получения, через каждый блок управления приводом, от бортового компьютера сигналов, представляющих параметры режимов работы соответствующего привода, и посредством осуществления работы привода в соответствии с получаемыми сигналами.
Все руки робота, все запястья робота, захватное устройство мобильного робота содержат соответствующую совокупность проприоцептивных датчиков, приводов и блоков управления приводами.
Каждый привод, каждый блок управления приводом, каждый проприоцептивный датчик установлены и подключены к источнику энергии, размещенному на мобильной платформе. Каждый привод установлен с возможностью осуществления управления этим приводом посредством блока управления приводом. Каждый блок управления приводом установлен с возможностью получения сигналов от бортового компьютера, представляющих параметры режимов работы привода, и с возможностью управления работой привода, в соответствии с получаемыми сигналами. Каждый проприоцептивный датчик установлен с возможностью передачи на бортовой компьютер сигнала, представляющего результаты работы соответствующего привода, включенного в состав всенаправленного мобильного механизма, руки робота, запястья робота, захватного устройства мобильного робота.
Бортовой компьютер с подключенным устройством хранения информации установлен на мобильной платформе, при этом к бортовому компьютеру подключен всенаправленный мобильный механизм, рука робота, запястье робота, захватное устройство, установленное на этом запястье робота, и к этому бортовому компьютеру подключены две руки робота, два запястья робота, которые установлены по одному на каждой из этих рук робота, две видеокамеры, установленные на этих запястьях робота, по одной на каждом из этих запястий. При этом подключение к бортовому компьютеру всенаправленного мобильного механизма, руки робота, запястья робота, захватного устройства осуществлено посредством подключения к бортовому компьютеру всех проприоцептивных датчиков и всех блоков управления приводами, которые содержат всенаправленный мобильный механизм, рука робота, запястье робота и захватное устройство. Бортовой компьютер установлен с возможностью передавать каждому блоку управления приводом сигналы, представляющие параметры режимов работы этого привода. Бортовой компьютер и подключенное к нему устройство хранения информации подключены к источнику энергии, размещенному на мобильной платформе. К бортовому компьютеру подключены две видеокамеры, установленные на запястьях робота, с возможностью получения на бортовом компьютере изображений через эти две видеокамеры. Каждая видеокамера жестко прикреплена к соответствующему запястью робота. Каждую видеокамеру позиционируют и ориентируют посредством передачи сигналов, представляющих параметры режимов работы приводов руки робота и запястья робота, от бортового компьютера на блоки управления приводами руки робота и запястья робота, и посредством осуществления работы приводов в этих режимах.
На мобильной платформе установлено сетевое оборудование, которое подключено к бортовому компьютеру и к источнику энергии, размещенному на мобильной платформе, и которое установлено с возможностью подключения бортового компьютера, посредством этого сетевого оборудования, в качестве узла компьютерной сети к беспроводной локальной компьютерной сети на основе технологии Wi-Fi.
На мобильной платформе установлен источник энергии, предназначенный для обеспечения нормальной работы всех элементов мобильного робота, к которому подключены бортовой компьютер, устройство хранения информации, две видеокамеры, всенаправленный мобильный механизм мобильной платформы, три руки робота, три запястья робота, захватное устройство, все приводы, все блоки управления приводами, все проприоцептивные датчики, установленные в этих руках робота, запястьях робота, захватном устройстве и всенаправленном мобильном механизме, и подключено сетевое оборудование, предназначенное для подключения бортового компьютера, в качестве узла компьютерной сети, к беспроводной локальной компьютерной сети на основе технологии Wi-Fi.
На бортовой компьютер с подключенным устройством хранения информации инсталлированы следующие специальные программы:
- операционная система реального времени;
- программное обеспечение встроенных систем реального времени, предназначенное для управления в режиме реального времени рукой робота, запястьем робота, захватным устройством, всенаправленным мобильным механизмом;
- программное обеспечение, предназначенное для реализации алгоритмов компьютерного зрения, в частности, для обработки в режиме реального времени изображений, распознавания определенных объектов по полученным изображениям этих объектов, определения пространственного расположения определенных объектов по полученным изображениям этих объектов, нахождения оценки скорости объекта по получаемым изображениям этого объекта, определения параметров траектории перемещения объекта в трехмерном пространстве, вычисления расстояния до объекта;
- специальные программы, посредством которых реализуют алгоритмы параллельных вычислений;
- специальные программы, посредством которых вычисляют приближенные решения задачи Коши для систем обыкновенных дифференциальных уравнений, с применением численных методов;
- специальную программу, посредством которой устанавливают и поддерживают системное время с осуществлением синхронизации с сервером точного времени.
Помещение для склада тарно-штучных грузов выбирают одноэтажным, и при этом этот склад имеет, в частности, следующие складские зоны: зону хранения, зону комплектации, которые устанавливают не пересекающимися между собой. Пол помещения склада тарно-штучных грузов делают так, что верхняя плоскость пола помещения склада выполнена в виде ровной плоской горизонтальной сплошной поверхности. Освещение в помещении для склада тарно-штучных грузов выполняют в соответствии со стандартом: ГОСТ ИСО 8995-2002. Принципы зрительной эргономики. Освещение рабочих систем внутри помещений. - Введ. 2004-01-01. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. - 32 с. В зоне хранения создают проезды для внутрискладских средств механизации. Мобильные роботы используют в качестве внутрискладских средств механизации, в качестве подъемно-транспортного оборудования, содержащего грузозахватные приспособления. Для хранения грузов используют полочные односекционные двухъярусные стеллажи.
Задают глобальную систему координат. Глобальную систему координат OXYZ задают ортогональной, правоориентированной, и задают так, что начало глобальной системы координат выбирают принадлежащим верхней плоскости пола помещения склада. При этом, плоскость OXY содержит верхнюю горизонтальную плоскость пола помещения этого склада, ось OZ направлена вертикально вверх, перпендикулярно к плоскости OXY, оси ОХ и OY принадлежат плоскости OXY и взаимно перпендикулярны. Задают систему координат каждой видеокамеры. Каждую систему координат каждой видеокамеры задают ортогональной, правоориентированной, и задают так, что единичный вектор, задающий направление третьей оси этой системы координат, расположен на оптической оси видеокамеры и направлен в сторону объекта видеосъемки, и единичный вектор, задающий направление первой оси этой системы координат, перпендикулярен единичному вектору, задающему направление третьей оси этой системы координат. При этом, начало системы координат видеокамеры выбирают принадлежащим поверхности корпуса видеокамеры, в точке пересечения этой поверхности и оптической оси этой видеокамеры. Задают систему координат каждого захватного устройства, при этом началом системы координат захватного устройства выбирают центральную точку захватного устройства, и выбирают направления трех координатных осей этой системы координат захватного устройства. Задают систему координат каждой мобильной платформы. Систему координат каждой мобильной платформы задают ортогональной, правоориентированной, и задают так, что единичный вектор, задающий направление первой оси этой системы координат, направлен в сторону движения вперед этой мобильной платформы, единичный вектор, задающий направление третьей оси этой системы координат, направлен вертикально вверх от мобильной платформы, при этом началом системы координат мобильной платформы выбирают исходную точку мобильной платформы. Эти параметры глобальной системы координат, системы координат каждой видеокамеры, системы координат каждой мобильной платформы определяют с использованием оборудования, которое содержат мобильные роботы и пункт управления, и эти параметры размещают на компьютере пункта управления и на бортовых компьютерах мобильных роботов, на соответствующих устройствах хранения информации.
Расстояние перемещения мобильной платформы мобильного робота при ее перемещении из первого расположения мобильной платформы во второе расположение мобильной платформы определяют как расстояние между исходными точками мобильной платформы при первом и втором расположении мобильной платформы.
Локализацию мобильного робота (то есть распознавание расположения мобильного робота, включающего расположение мобильной платформы, трех рук робота, трех запястий робота, захватного устройства, двух видеокамер, по отношению к глобальной системе координат) в определенный момент времени осуществляют, с помощью специальных программ, посредством автоматического функционирования этого робота с осуществлением счисления пути, с применением сочетания датчиков, при котором используют данные, получаемые на бортовом компьютере этого мобильного робота, от проприоцептивных датчиков, установленных на этом мобильном роботе, и при котором используют изображения, получаемые от двух видеокамер, размещенных на мобильной платформе этого мобильного робота. При этом локализацию мобильного робота осуществляют непрерывно, посредством использования специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы параллельных вычислений, и посредством использования специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения.
Параметры расположения видеокамеры в каждый определенный момент времени представляют собой упорядоченную последовательность девяти чисел, где первые три числа - это координаты начала системы координат видеокамеры, вычисленные в глобальной системе координат, следующие три числа - это координаты единичного вектора, расположенного на оптической оси видеокамеры и направленного в сторону объекта видеосъемки, вычисленные в глобальной системе координат, остальные три числа - это координаты единичного вектора первой оси системы координат, вычисленные в глобальной системе координат. Эти параметры расположения видеокамеры определяют с использованием оборудования, которое содержит соответствующий мобильный робот, и эти параметры размещают на компьютере пункта управления и на бортовом компьютере соответствующего мобильного робота, на соответствующих устройствах хранения информации.
Параметры расположения мобильной платформы мобильного робота в каждый определенный момент времени представляют собой упорядоченную последовательность шести чисел, где первые три числа - это координаты начала системы координат мобильной платформы, вычисленные в глобальной системе координат, остальные три числа - это координаты единичного вектора первой оси системы координат мобильной платформы, вычисленные в глобальной системе координат. Эти параметры расположения мобильной платформы мобильного робота определяют с использованием оборудования, которое содержит соответствующий мобильный робот, и эти параметры размещают на компьютере пункта управления и на бортовом компьютере соответствующего мобильного робота, на соответствующих устройствах хранения информации.
Параметры расположения мобильной платформы мобильного робота в определенный момент времени определяют, с помощью специальных программ, с осуществлением счисления пути, с применением сочетания датчиков, и посредством использования:
- данных, получаемых на бортовом компьютере в виде сигналов от проприоцептивных датчиков, установленных в этой мобильной платформе, в двух руках робота и в двух запястьях робота, на которых установлены две видеокамеры;
- параметров расположения мобильной платформы мобильного робота, в моменты времени, предшествующие этому определенному моменту времени, и которые были определены ранее;
- параметров расположений двух видеокамер, установленных на этой мобильной платформе, и вычисленных в системе координат мобильной платформы, и в глобальной системе координат;
- изображений, которые получают через две видеокамеры, установленные на мобильной платформе этого мобильного робота, и совокупности специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения.
Для мобильного робота определяют параметры пространства, ометаемого центральной точкой запястья робота, на которое установлено захватное устройство этого мобильного робота, относительно системы координат мобильной платформы этого мобильного робота при ее неподвижном расположении, то есть параметры, посредством которых описывают координаты множества точек (вычисленных в системе координат этой мобильной платформы), в которые возможно осуществить перемещение центральной точки запястья робота, посредством перемещения соответствующей руки робота и запястья робота, при неподвижном расположении этой мобильной платформы. Параметры пространства, ометаемого центральной точкой запястья робота, на которое установлено захватное устройство этого мобильного робота, относительно системы координат мобильной платформы при ее неподвижном расположении, и диаметр этого пространства определяют посредством обмера деталей этого мобильного робота, с использованием специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, и специального оборудования, в частности, например, с использованием 3D-сканера, и с использованием специальных программ, предназначенных для управления в режиме реального времени рукой робота, запястьем робота, захватным устройством, всенаправленным мобильным механизмом. Эти параметры этого пространства и диаметр этого пространства определяют с использованием оборудования, которое содержит соответствующий мобильный робот, и эти параметры и диаметр этого пространства размещают на компьютере пункта управления и на бортовом компьютере соответствующего мобильного робота, на соответствующих устройствах хранения информации.
Для хранения грузов используют полочные односекционные двухъярусные стеллажи. Стеллажи размещают в зоне хранения. Все полки этих стеллажей выполнены в виде ровной плоской сплошной поверхности, и прикреплены непосредственно к стойкам. Первые и вторые полки каждого стеллажа расположены так, что верхние плоскости первой и второй полок расположены горизонтально при установке этого стеллажа в зоне хранения.
Для каждого места хранения на каждой полке каждого стеллажа определяют, посредством обмера этого места хранения, с, использованием специальных программ и специального оборудования, в частности, например, с использованием 3D-сканера, следующие параметры, соответствующие этому месту хранения (в пунктах от (а) до (и)), и эти параметры определяют с использованием оборудования, которое содержат мобильные роботы и пункт управления, и эти параметры размещают на компьютере пункта управления и на бортовых компьютерах мобильных роботов, на соответствующих устройствах хранения информации:
(а) адрес места хранения, по которому однозначно определяют это место хранения на этом складе тарно-штучных грузов;
(б) расстояние от верхней плоскости полки, на которой располагают это место хранения, до нижней плоскости полки следующего уровня хранения этого стеллажа (для места хранения, расположенного на первой (то есть нижней) полке стеллажа), или расстояние, равное разности между высотой стеллажа и расстоянием от верхней плоскости полки, на которой располагают это место хранения, до плоскости OXY глобальной системы координат (для места хранения, расположенного на второй (то есть верхней) полке стеллажа);
(в) координаты четырех точек, принадлежащих верхней плоскости полки стеллажа, вычисленные в глобальной системе координат, которые задают наибольший по объему прямоугольный параллелепипед, который можно разместить без свесов на этом месте хранения на этой полке стеллажа, с высотой, заданной предыдущим параметром, который определен в пункте (б);
(г) координаты точки (вычисленные в глобальной системе координат), принадлежащей верхней плоскости полки стеллажа, на которой размещено это место хранения, которую предпочтительно выбирают для размещения груза так, что проекция начала системы координат груза на верхнюю плоскость этой полки стеллажа совпадает с этой точкой;
(д) параметры расположения мобильной платформы первого мобильного робота при осуществлении отбора груза из этого места хранения посредством первого мобильного робота, в которое перемещают эту мобильную платформу, то есть координаты начала системы координат мобильной платформы первого мобильного робота, вычисленные в глобальной системе координат, и координаты единичного вектора первой оси системы координат мобильной платформы первого мобильного робота, вычисленные в глобальной системе координат, и которые устанавливают при осуществлении отбора груза из этого места хранения, и которые не изменяют на протяжении всей операции отбора груза;
(е) параметры расположения двух видеокамер, двух рук робота и двух запястий робота, размещенных на мобильной платформе первого мобильного робота, и на которых установлены эти две видеокамеры, при которых изображения, получаемые через эти две видеокамеры, содержат изображение этого места хранения, и которые вычисляют экспериментально, с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, и с применением программного обеспечения встроенных систем реального времени, предназначенного для управления в режиме реального времени рукой робота, запястьем робота, захватным устройством, всенаправленным мобильным механизмом;
(ж) параметры расположения мобильной платформы первого мобильного робота при осуществлении метания груза (отобранного из этого места хранения) посредством первого мобильного робота, в которое перемещают эту мобильную платформу, то есть координаты начала системы координат мобильной платформы первого мобильного робота, вычисленные в глобальной системе координат, и координаты единичного вектора первой оси системы координат мобильной платформы первого мобильного робота, вычисленные в глобальной системе координат, и которые устанавливают при осуществлении метания груза, отобранного из этого места хранения, и которые не изменяют на протяжении всей операции метания груза;
(з) параметры расположения мобильной платформы второго мобильного робота, при осуществлении захвата на лету груза (отобранного из этого места хранения) посредством второго мобильного робота, в которое перемещают эту мобильную платформу, то есть координаты начала системы координат мобильной платформы второго мобильного робота, вычисленные в глобальной системе координат, и координаты единичного вектора первой оси системы координат мобильной платформы второго мобильного робота, вычисленные в глобальной системе координат, и которые устанавливают при осуществлении захвата на лету груза, отобранного из этого места хранения, и которые не изменяют на протяжении всей операции захвата груза на лету, при этом при метании груза (отобранного из этого места хранения) мобильные роботы располагают так, что минимальное расстояние между ортогональной проекцией (на верхнюю горизонтальную плоскость пола помещения этого склада) пространства, ометаемого центральной точкой запястья робота, на котором установлено захватное устройство первого мобильного робота, когда он перемещен в расположение при осуществлении метания груза, и ортогональной проекцией (на верхнюю горизонтальную плоскость пола помещения этого склада) пространства, ометаемого центральной точкой запястья робота, на котором установлено захватное устройство второго мобильного робота, когда он перемещен в расположение при осуществлении захвата на лету груза, превышает диаметр пространства, ометаемого центральной точкой запястья робота, на которое установлено захватное устройство первого мобильного робота, при неподвижном расположении мобильной платформы первого мобильного робота;
(и) параметры системы координат этого места хранения, то есть координаты начала системы координат этого места хранения, вычисленные в глобальной системе координат, и координаты трех единичных векторов, задающих направление трех координатных осей системы координат этого места хранения, вычисленные в глобальной системе координат.
Для каждого из двух мобильных роботов создают отдельный проезд, по которому перемещают только один мобильный робот. При этом эти два проезда делают не пересекающимися между собой. Предпочтительно, каждый проезд создают в виде ориентированного простого двумерного многоугольника, расположенного в плоскости OXY глобальной системы координат, посредством задания вершин простой ломаной линии, которая представляет собой границу этого многоугольника. Эту простую ломаную линию задают посредством упорядоченной последовательности чисел, которые представляют собой координаты вершин этой простой ломаной линии, вычисленные в глобальной системе координат, и которые записаны в соответствии с порядком обхода вершин этого ориентированного простого двумерного многоугольника. При этом эта упорядоченная последовательность чисел представляет собой параметры соответствующего проезда для мобильного робота.
Для первого мобильного робота создают проезд в зоне хранения, который предназначен для перемещения первого мобильного робота при осуществлении отбора грузов из мест хранения и метания грузов. Для второго мобильного робота создают проезд, который предназначен для перемещения второго мобильного робота при осуществлении захвата на лету грузов и транспортировки этих грузов в другую зону склада, в частности, в зону комплектации. При этом ширину этих проездов устанавливают не меньшей, чем удвоенный диаметр пространства, ометаемого центральной точкой запястья робота, на которое установлено захватное устройство соответствующего мобильного робота, при неподвижном расположении мобильной платформы соответствующего мобильного робота. При этом задают параметры линий возможных перемещений мобильных платформ первого и второго мобильных роботов по соответствующему проезду, которые предпочтительно задают в виде ломаных линий, лежащих на плоскости OXY глобальной системы координат, которые представляют собой линии возможных перемещений ортогональной проекции начала координат соответствующей мобильной платформы на плоскость OXY глобальной системы координат, при перемещениях мобильной платформы. При этом каждую такую ломаную линию задают в виде упорядоченной последовательности координат точек, вычисленных в глобальной системе координат, лежащих на плоскости OXY глобальной системы координат, и которые записаны в соответствии с порядком обхода вершин этой ломаной линии. При этом эта упорядоченная последовательность чисел представляет собой параметры соответствующей линии возможного перемещения мобильного робота по соответствующему проезду.
При этом параметры проездов, предназначенных для перемещения мобильных роботов и параметры линий возможных перемещений мобильных роботов по соответствующим проездам определяют с использованием оборудования, которое содержат мобильные роботы и пункт управления, и эти параметры размещают на компьютере пункта управления и на бортовых компьютерах мобильных роботов, на соответствующих устройствах хранения информации.
В частности, в зоне комплектации размещают контейнер, предназначенный для сбрасывания в него грузов, перемещенных в зону комплектации посредством второго мобильного робота. При этом в зоне комплектации определяют следующие параметры расположения второго мобильного робота при осуществлении сбрасывания грузов посредством второго мобильного робота, и в которое перемещают этот мобильный робот, и эти параметры определяют с использованием оборудования, которое содержит второй мобильный робот, и эти параметры размещают на компьютере пункта управления и на бортовом компьютере второго мобильного робота, на соответствующих устройствах хранения информации:
- координаты начала системы координат мобильной платформы второго мобильного робота, вычисленные в глобальной системе координат, и координаты единичного вектора первой оси системы координат мобильной платформы второго мобильного робота, вычисленные в глобальной системе координат, и которые устанавливают при осуществлении сбрасывания груза, и которые не изменяют на протяжении всей операции сбрасывания груза;
- координаты начала системы координат захватного устройства второго мобильного робота, вычисленные в глобальной системе координат, и координаты единичных векторов всех трех осей системы координат захватного устройства второго мобильного робота, вычисленные в глобальной системе координат, и которые установлены при осуществлении сбрасывания груза в момент перед раскрытием захватного устройства, и которые устанавливают так, чтобы при раскрытии захватного устройства, груз, под действием силы тяжести, перемещался в контейнер.
Для осуществления перемещения грузов на складе тарно-штучных грузов используют пункт управления. Пункт управления содержит компьютер, с подключенным устройством ввода, устройством хранения информации, и беспроводным сетевым оборудованием, предназначенным для подключения этого компьютера в качестве узла компьютерной сети к беспроводной локальной компьютерной сети на основе технологии Wi-Fi. Пункт управления размещают в помещении склада тарно-штучных грузов, вне зоны хранения и вне зоны комплектации склада тарно-штучных грузов, и вне проездов, предназначенных для перемещения мобильных роботов.
На компьютер пункта управления с подключенным устройством хранения информации инсталлированы следующие специальные программы:
- операционная система реального времени;
- специальная программа, посредством которой устанавливают и поддерживают системное время с осуществлением синхронизации с сервером точного времени;
- специальные программы, посредством которых реализуют алгоритмы параллельных вычислений;
- специальные программы, посредством которых вычисляют приближенные решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений с граничными условиями, с применением численных методов, и с применением метода пристрелки для краевых задач системы обыкновенных дифференциальных уравнений.
Заявленный способ перемещения грузов на складе тарно-штучных грузов отличается от известных способов тем, что перемещение груза из зоны хранения в другую зону склада, в частности, в зону комплектации, осуществляют посредством метания этого груза первым мобильным роботом, и посредством захвата на лету этого груза вторым мобильным роботом в режиме автоматического функционирования этих мобильных роботов. При этом метание этого груза первым мобильным роботом имеет фазу разгона груза, состоящую из принудительного перемещения груза с одновременным удержанием этого груза захватным устройством, по заданной расчетной линии, посредством перемещения руки робота, запястья робота, захватного устройства, которым удерживают этот груз, в режиме автоматического функционирования первого мобильного робота, так, чтобы в заданный расчетный момент отрыва этого груза от этого захватного устройства центр масс метаемого груза находился в заданной расчетной точке и имел заданный расчетный вектор скорости. При этом, осуществление отрыва этого груза от этого захватного устройства осуществляют посредством раскрытия этого захватного устройства в тот момент, когда центр масс метаемого груза находится в заданной расчетной точке. При этом, дальность свободного полета груза превышает диаметр пространства, ометаемого центральной точкой запястья робота, на которое установлено захватное устройство первого мобильного робота, при неподвижном расположении мобильной платформы первого мобильного робота.
Точкой отрыва груза от захватного устройства первого мобильного робота считают точку, в которой находится центр масс метаемого груза в момент отрыва этого груза от захватного устройства. Точкой захвата груза на лету, то есть точкой, в которой груз захватывают захватным устройством второго мобильного робота, считают точку, в которой находится центр масс метаемого груза в момент захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота. При этом дальность свободного полета груза определяют как расстояние от ортогональной проекции точки отрыва груза от захватного устройства первого мобильного робота на верхнюю горизонтальную плоскость пола помещения склада до ортогональной проекции, на эту же горизонтальную плоскость, точки, в которой груз захватывают захватным устройством второго мобильного робота.
Перемещение мобильного робота в заданное расположение (которое задано программой задач) посредством автоматического функционирования этого робота осуществляют следующим образом. Сначала на бортовом компьютере, с помощью специальных программ, осуществляют локализацию этого мобильного робота посредством автоматического функционирования этого робота. Затем на бортовом компьютере мобильного робота, с помощью специальных программ, определяют последовательности режимов работы всех приводов, установленных во всех руках робота, во всех запястьях робота, во всенаправленном мобильном механизме мобильной платформы этого мобильного робота, посредством осуществления которых осуществляют перемещение всех рук робота, всех запястий робота и мобильной платформы этого мобильного робота в заданное расположение в соответствии с определенными линиями возможных перемещений мобильной платформы этого мобильного робота по определенному проезду.
Перед размещением грузов в зоне хранения определяют количественный показатель номенклатуры грузов, подлежащих хранению на этом складе тарно-штучных грузов. При этом на этом складе тарно-штучных грузов учитывают то, что если два груза являются одинаковыми, то эти два груза имеют одно и то же наименование. Затем выбирают набор образцов грузов, соответствующий этой определенной номенклатуре грузов. Для каждого образца груза, с использованием взвешивания, обмера образца груза, и, при необходимости, с использованием стенда для определения центра масс изделий, и с использованием 3D-сканера, определяют следующие параметры, соответствующие этому образцу груза, и эти параметры определяют с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, и с применением программного обеспечения встроенных систем реального времени, предназначенного для управления в режиме реального времени рукой робота, запястьем робота, захватным устройством, всенаправленным мобильным механизмом, с использованием оборудования, которое содержат мобильные роботы и пункт управления, и эти параметры размещают на компьютере пункта управления и на бортовых компьютерах мобильных роботов, на соответствующих устройствах хранения информации:
- наименование груза;
- массу образца груза;
- параметры системы координат образца груза, при этом началом системы координат образца груза выбирают центр масс этого образца груза, и выбирают направления трех координатных осей этой системы координат образца груза;
- параметры трехмерной модели (по-другому называемой 3D-моделью) образца груза;
- коэффициент сопротивления воздуха, определяемый свойствами среды, формой образца груза, соответствующий квадрату скорости образца груза, и соответствующий этому образцу груза, и определяемый при перемещении этого образца груза со скоростью не превышающей 15 м/с;
- параметры зоны захвата этого образца груза посредством захватного устройства первого мобильного робота, то есть параметры, посредством которых описывают координаты множества точек (вычисленных в системе координат этого захватного устройства), таких, что при расположении этого образца груза так, что при совпадении центра масс образца груза с одной из этих точек, возможно осуществление надежного захвата и удержания этого образца груза посредством закрытия этого захватного устройства;
- параметры расположения захватного устройства первого мобильного робота при осуществлении надежного захвата образца груза, размещенного на ровной горизонтальной поверхности, в момент перед закрытием этого захватного устройства, то есть координаты начала системы координат захватного устройства первого мобильного робота, вычисленные в системе координат образца груза, размещенного на ровной горизонтальной поверхности, и координаты единичных векторов всех трех осей системы координат захватного устройства первого мобильного робота, вычисленные в системе координат образца груза.
Для каждого мобильного робота и для каждого образца груза определяют (по отношению к системе координат мобильной платформы этого мобильного робота) параметры расположения руки робота, запястья робота, захватного устройства при удержании этого образца груза при осуществлении транспортировки этого образца груза посредством автоматического функционирования этого мобильного робота, и эти параметры определяют с использованием оборудования, которое содержит соответствующий мобильный робот, и эти параметры размещают на компьютере пункта управления и на бортовом компьютере соответствующего мобильного робота, на соответствующих устройствах хранения информации.
Для каждого образца груза и для каждого места хранения, с помощью специальных программ, определяют следующие параметры метания груза и захвата на лету груза, соответствующие этому образцу груза и этому месту хранения, и эти параметры определяют с использованием оборудования, которое содержат мобильные роботы и пункт управления, и эти параметры размещают на компьютере пункта управления и на бортовых компьютерах мобильных роботов, на соответствующих устройствах хранения информации:
- расчетные координаты (вычисленные в глобальной системе координат) точки отрыва этого метаемого образца груза от захватного устройства первого мобильного робота, расчетные координаты (вычисленные в глобальной системе координат) точки захвата на лету этого образца груза, и расчетная длительность свободного полета этого образца груза;
- параметры расчетной траектории перемещения метаемого образца груза в фазе свободного полета, то есть упорядоченную последовательность расчетных координат центра масс метаемого образца груза и расчетных координат вектора скорости центра масс метаемого образца груза, вычисленных в глобальной системе координат, для совокупности заданных расчетных моментов времени, наступающих после расчетного момента отрыва этого образца груза от захватного устройства первого мобильного робота при метании, и расчетную длительность свободного полета образца груза;
- параметры расчетной линии перемещения метаемого образца груза в фазе разгона, то есть множество расчетных координат точек, представляющих собой совокупность расположений центра масс метаемого образца груза при его перемещении в фазе разгона, включая расчетные координаты точки, в которой размещают метаемый образец груза в начальном положении при начале фазы разгона, и включая расчетные координаты точки отрыва этого образца груза от захватного устройства;
- параметры начального расчетного расположения второго мобильного робота, по отношению к глобальной системе координат, при размещении метаемого образца груза в начальном положении при начале фазы разгона;
- расчетную длительность фазы разгона этого образца груза;
- параметры режимов работы приводов руки робота, запястья робота, захватного устройства первого мобильного робота для осуществления перемещения по расчетной линии метаемого образца груза в фазе разгона, для заданного расчетного момента начала фазы разгона этого образца груза посредством захватного устройства первого мобильного робота при метании, и для заданной расчетной длительности фазы разгона этого образца груза, для обеспечения метания образца груза по расчетной траектории с заданной расчетной начальной скоростью, в заданном расчетном направлении, в заданный расчетный момент времени, посредством осуществления раскрытия захватного устройства так, чтобы центр масс метаемого образца груза был расположен в заданной расчетной точке отрыва, в заданный расчетный момент времени, и расчетная скорость центра масс метаемого образца груза была равна заданной расчетной начальной скорости отрыва этого образца груза от захватного устройства, в заданный расчетный момент времени, с учетом расположения мобильной платформы первого мобильного робота в расположении при осуществлении метания груза;
- параметры начального расчетного расположения второго мобильного робота, по отношению к глобальной системе координат, при осуществлении захвата на лету образца груза, который метают посредством первого мобильного робота, при котором захватное устройство второго мобильного робота открыто и расположено так, что расчетная точка захвата на лету образца груза находится в зоне захвата этого образца груза посредством захватного устройства второго мобильного робота;
- параметры расчетных расположений (по отношению к глобальной системе координат) двух видеокамер, двух рук робота и двух запястий робота, размещенных на мобильной платформе второго мобильного робота, и на которых установлены две видеокамеры, при которых изображения, получаемые через эти две видеокамеры, содержат изображения всех точек, включая точку захвата, принадлежащих расчетной траектории свободного полета метаемого образца груза.
При этом расчетную точку отрыва образца груза выбирают принадлежащей пространству, ометаемому центральной точкой запястья (на котором установлено захватное устройство) первого мобильного робота, при расположении мобильной платформы первого мобильного робота, когда он перемещен в расположение при осуществлении метания образца груза посредством первого мобильного робота. При этом расчетную точку захвата на лету образца груза выбирают принадлежащей пространству, ометаемому центральной точкой запястья (на котором установлено захватное устройство) второго мобильного робота, при расположении мобильной платформы второго мобильного робота, когда он перемещен в расположение при осуществлении захвата на лету образца груза, который метают посредством первого мобильного робота.
Параметры расчетной траектории перемещения метаемого образца груза в фазе свободного полета вычисляют, с помощью специальных программ, следующим образом. Сначала определяют вертикальную плоскость, проходящую через расчетную точку отрыва образца груза и расчетную точку захвата образца груза на лету, то есть плоскость, в которой находятся точки расчетной траектории перемещения центра масс метаемого образца груза в фазе свободного полета. В этой плоскости вводят декартову прямоугольную систему координат, в которой первая координатная ось находится в горизонтальной плоскости, перпендикулярно направлению силы тяжести, и вторая координатная ось направлена вертикально вверх, то есть направлена противоположно направлению силы тяжести, и в качестве начала этой системы координат выбирают расчетную точку отрыва образца груза. Расчетную траекторию движения центра масс образца груза, брошенного под углом к горизонту (полагая, что сила сопротивления воздуха, действующая на брошенный объект, пропорциональна квадрату скорости образца груза), относительно декартовой прямоугольной системы координат, введенной в этой вертикальной плоскости, находят из следующей системы обыкновенных дифференциальных уравнений:
х'=u,
y'=v,
2
2
1/2
u'=-(K/m)⋅u⋅(u+v),
где:
x=x(t) - абсцисса центра масс образца груза в момент времени t, м;
x-x'(t) - производная функции x=x(t) в момент времени t, м/с;
u=u(t) - первая координата вектора скорости центра масс образца груза в момент времени t, м/с;
y=y(t) - ордината центра масс образца груза в момент времени t, м;
y'=y'(t) - производная функции y=y(t) в момент времени t, м/с;
v=v(t) - вторая координата вектора скорости центра масс образца груза в момент времени t, м/с;
2
u'=u'(t) - производная функции u=u(t) в момент времени t, м/с;
K - коэффициент сопротивления воздуха, определяемый свойствами среды, формой образца груза, и соответствующий квадрату начальной скорости образца груза;
m - масса образца груза, кг;
2
v'=v'(t) - производная функции v=v(t) в момент времени t, м/с;
2
g - ускорение свободного падения, м/с.
При этом для этого образца груза вычисляют экспериментально приближенное значение коэффициента сопротивления воздуха К, которое определяют, например, с использованием видеозаписи метания образца груза под углом к горизонту с заданной начальной скоростью, не превышающей 15 м/с.
Для системы уравнений (1) рассматривают следующие начальные условия, относительно декартовой прямоугольной системы координат, введенной в вертикальной плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза и расчетную точку захвата образца груза на лету:
где:
х(Т) - абсцисса центра масс образца груза в момент времени Т, м;
Т - расчетный момент времени, в который центр масс образца груза находится в точке отрыва при метании этого образца груза, с;
А - начальное значение абсциссы центра масс образца груза в момент времени Т, м;
y(T) - ордината центра масс образца груза в момент времени Т, м;
В - значение ординаты центра масс образца груза в момент времени Т, м;
u(Т) - первая координата вектора скорости центра масс образца груза в момент времени Т, м/с;
С - значение первой координаты вектора скорости центра масс образца груза в момент времени Т, м/с;
v(T) - вторая координата вектора скорости центра масс образца груза в момент времени Т, м/с;
D - значение второй координаты вектора скорости центра масс образца груза в момент времени Т, м/с.
Система обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с начальными условиями (2) описывает перемещение в вертикальной плоскости (проходящей через расчетную точку отрыва образца груза и расчетную точку захвата образца груза на лету) центра масс образца груза, который бросили под углом к горизонту в заданный момент времени, с заданными начальными значениями координат центра масс образца груза и с заданными начальными значениями координат вектора скорости центра масс образца груза, полагая то, что сила сопротивления воздуха, действующая на брошенный объект, пропорциональна квадрату начальной скорости образца груза.
Для нахождения приближенного решения указанной выше системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с начальными условиями (2) используют численные методы решения задачи Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений.
Для системы уравнений (1) рассматривают следующие граничные условия, относительно декартовой прямоугольной системы координат, введенной в вертикальной плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза и расчетную точку захвата образца груза на лету:
где:
х(Т) - абсцисса центра масс образца груза в момент времени Т, м;
Т - расчетный момент времени, в который центр масс образца груза находится в точке отрыва при метании этого образца груза, с;
А - значение абсциссы центра масс образца груза в момент времени Т, м;
у(Т) - ордината центра масс образца груза в момент времени Т, м;
В - значение ординаты центра масс образца груза в момент времени Т, м;
x(L) - абсцисса центра масс образца груза в момент времени L, м;
L - расчетный момент времени, в который центр масс образца груза находится в точке захвата, с;
Е - значение абсциссы центра масс образца груза в момент времени L, м;
y(L) - ордината центра масс образца груза в момент времени L, м;
G - значение ординаты центра масс образца груза в момент времени L, м.
Для нахождения приближенного решения указанной выше системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с граничными условиями (3) используют метод пристрелки для краевых задач системы обыкновенных дифференциальных уравнений с применением численных методов. Таким образом, находят совокупность значений приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с граничными условиями (3).
Таким образом, для определения параметров расчетной траектории перемещения метаемого образца груза в фазе свободного полета выполняют совокупность следующий действий. Для образца груза и для каждой пары расположений двух мобильных роботов, по отношению к глобальной системе координат: расположения первого мобильного робота, при осуществлении метания грузов и соответствующего ему расположению второго мобильного робота, при осуществлении захвата груза на лету, задают следующие начальные условия: расчетные координаты точки отрыва образца груза, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты точки захвата образца груза на лету, вычисленные в глобальной системе координат, расчетную длительность свободного полета образца груза, и задают расчетный момент отрыва образца груза от захватного устройства при его метании. При этом определяют вертикальную плоскость, проходящую через расчетную точку отрыва образца груза и расчетную точку захвата образца груза на лету, то есть плоскость, в которой находятся точки расчетной траектории перемещения в фазе свободного полета центра масс метаемого образца груза. В этой плоскости вводят декартову прямоугольную систему координат, в которой первая координатная ось находится в горизонтальной плоскости, перпендикулярно направлению силы тяжести, и вторая координатная ось направлена вертикально вверх, то есть направлена противоположно направлению силы тяжести, и в качестве начала этой системы координат выбирают расчетную точку отрыва образца груза.
Затем, с помощью специальных программ, вычисляют приближенное решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с граничными условиями (З) и заданными параметрами образца груза, посредством которой описывают расчетную траекторию перемещения в фазе свободного полета центра масс метаемого образца груза в вертикальной плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза и расчетную точку захвата образца груза на лету, при этом используют метод пристрелки для краевых задач системы обыкновенных дифференциальных уравнений. При этом, в системе обыкновенных дифференциальных уравнений (1), в качестве значения параметра m задают массу метаемого образца груза, в качестве значения параметра К задают значение коэффициента сопротивления воздуха, соответствующее этому образцу груза. При этом, в граничных условиях (З), в качестве значения параметра Т задают расчетный момент отрыва образца груза от захватного устройства при его метании, в качестве значения параметра L задают сумму значения параметра Т и заданной расчетной длительности свободного полета образца груза, в качестве значений параметров А и В задают расчетные координаты точки отрыва образца груза, вычисленные в системе координат, введенной в вертикальной плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза и расчетную точку захвата образца груза на лету, в качестве значений параметров Е и G задают расчетные координаты точки захвата образца груза на лету, вычисленные в системе координат, введенной в вертикальной плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза и расчетную точку захвата образца груза на лету. В частности, вычисляют совокупность значений приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с граничными условиями (З) для следующих 1001 значений независимого переменного t:
w
0
t=T+h⋅0,001⋅w,
где:
w
t - значение независимого переменного t, то есть заданный расчетный момент времени, наступающий после расчетного момента отрыва этого образца груза от захватного устройства первого мобильного робота при метании, с;
w - порядковый номер значения независимого переменного, то есть целое число, принимающее все значения от 0 до 1000;
Т - расчетный момент времени, в который центр масс образца груза находится в точке отрыва этого образца груза от захватного устройства при метании этого образца груза, с;
0
h - заданная расчетная длительность свободного полета образца груза, с.
w
w
w
w
Таким образом, находят совокупность значений приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с граничными условиями (З), которые имеют вид: (x(t), y(t), u(t), v(t)) для целого числа w, принимающего все значения от 0 до 1000. Система обыкновенных дифференциальных уравнений (1) является автономной. Поэтому, при изменении начального расчетного момента Т отрыва образца груза от захватного устройства и расчетного момента захвата на лету этого образца груза на одну и ту же величину S, вычисленную совокупность значений приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с граничными условиями (З), используют для определения приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с граничными условиями (З) с учетом этих измененных начальных данных.
s
1+4w
2+4⋅w
0
1+4⋅w
w
2+4⋅w
w
1+4
w
2+4⋅w
1+6⋅w
2+6⋅w
3+6w
3+4⋅w
4+4⋅w
0
3+4⋅w
w
4+4⋅w
w
3+4⋅w
4+4⋅w
4+6⋅w
5+6⋅w
6+6⋅w
Таким образом, вычисляют упорядоченную последовательность 4004 чисел {H} (для всех целых чисел s от 1 до 4004), которые представляют собой расчетные координаты точек и расчетные координаты векторов, вычисленные в системе координат, установленной для вертикальной плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза и расчетную точку захвата образца груза на лету. При этом числа H, Н (для всех целых чисел w от 0 до 1000) - это упорядоченная пара чисел, представляющая собой расчетные координаты центра масс метаемого образца груза в расчетный момент времени, наступающий после расчетного момента отрыва этого образца груза от захватного устройства первого мобильного робота при метании, через промежуток времени, равный произведению трех чисел: числа w, числа h и числа 0,001. При этом число H равно числу x(t), число H равно числу y(t) (для всех целых чисел w от 0 до 1000). Затем для каждой точки, задаваемой координатами H., H (для всех целых чисел w от 0 до 1000), вычисляют координаты этой точки в глобальной системе координат в виде упорядоченной тройки чисел: h, h, h. При этом числа H, H (для всех целых чисел w от 0 до 1000) - это упорядоченная пара чисел, представляющая собой расчетные координаты вектора скорости центра масс метаемого образца груза в расчетный момент времени, наступающий после расчетного момента отрыва этого образца груза от захватного устройства первого мобильного робота при метании, через промежуток времени, равный произведению трех чисел: числа w, числа h и числа 0,001. При этом число H равно числу u(t), число H равно числу v(t) (для всех целых чисел w от 0 до 1000). Затем для каждого вектора, задаваемого координатами Н, H (для всех целых чисел w от 0 до 1000), вычисляют координаты этого вектора в глобальной системе координат в виде упорядоченной тройки чисел: h, h, h.
n
0
Таким образом вычисляют параметры расчетной траектории перемещения центра масс метаемого образца груза в фазе свободного полета, которые представляют собой упорядоченную последовательность 6007 чисел {h} (для всех целых чисел n от 0 до 6006), и где первое число h - это заданная расчетная длительность свободного полета образца груза, и остальные 6006 чисел представляют собой, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты центра масс метаемого образца груза и расчетные координаты вектора скорости центра масс метаемого образца груза в соответствующие расчетные моменты времени.
1
2
3
4
5
6
6001
6002
6003
6004
6005
6006
В частности, упорядоченная тройка чисел: h, h, h - это, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты центра масс метаемого образца груза в расчетный момент отрыва от захватного устройства, и упорядоченная тройка чисел: h, h, h - это, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты вектора скорости центра масс метаемого образца груза в расчетный момент отрыва от захватного устройства. В частности, упорядоченная тройка чисел: h, h, h - это, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты центра масс метаемого образца груза в расчетный момент захвата на лету, и упорядоченная тройка чисел: h, h, h - это, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты вектора скорости центра масс метаемого образца груза в расчетный момент захвата на лету. На этом вычисление параметров расчетной траектории перемещения метаемого образца груза в фазе свободного полета завершают.
Параметры расчетной линии перемещения метаемого образца груза в фазе разгона определяют следующим образом. Осуществление фазы разгона образца груза производят посредством осуществления качательного движения руки робота, которое выполняют посредством вращательного шарнира этой руки робота. Таким образом, центр масс метаемого образца груза в фазе разгона перемещают по дуге окружности, при этом эта окружность проходит через расчетную точку отрыва образца груза от захватного устройства, так, что расчетный вектор скорости центра масс метаемого образца груза в расчетный момент отрыва от захватного устройства, отложенный от расчетной точки отрыва образца груза от захватного устройства, направлен по касательной к этой окружности. Затем задают расчетное расстояние между центром масс метаемого образца груза при удержании этого образца груза захватным устройством и осью вращения вращательного шарнира руки робота при осуществлении фазы разгона. Затем определяют вертикальную плоскость, проходящую через расчетную точку отрыва образца груза от захватного устройства, параллельно расчетному вектору скорости центра масс метаемого образца груза в расчетный момент отрыва от захватного устройства, то есть плоскость, в которой находятся точки расчетной линии перемещения центра масс метаемого образца груза в фазе разгона. Затем определяют, относительно глобальной системы координат, расчетное расположение центра окружности, по дуге которой перемещают центр масс метаемого образца груза в фазе разгона. Затем определяют эту дугу (которая меньше полуокружности) этой окружности посредством определения координат (относительно глобальной системы координат) двух точек этой окружности, первую из которых выбирают принадлежащей этой окружности так, что эта точка и центр окружности принадлежат одной и той же горизонтальной прямой, и вторая из которых - это расчетная точка отрыва образца груза от захватного устройства в расчетный момент отрыва образца груза от захватного устройства, и при этом центральный угол, образуемый этой дугой окружности - тупой. При этом задают расчетную длительность фазы разгона этого образца груза.
Таким образом, начальное расчетное расположение руки робота при осуществлении фазы разгона метаемого образца груза задают так, чтобы ось вращения вращательного шарнира этой руки робота посредством которого осуществляют это качательное движение и центр масс метаемого образца груза, находящегося в момент начала фазы разгона, принадлежали одной и той же горизонтальной плоскости. При этом параметры начального расчетного расположения первого мобильного робота, по отношению к глобальной системе координат, задают так, чтобы в этом расположении первого мобильного робота метаемый образец груза находился в начальном положении при начале фазы разгона.
Осуществление фазы разгона образца груза производят посредством осуществления качательного движения руки робота (из начального расчетного расположения руки робота при осуществлении фазы разгона метаемого образца груза), при котором:
- не изменяют расположение оси вращения вращательного шарнира этой руки робота посредством которого осуществляют это качательное движение;
- не перемещают этот вращательный шарнир вдоль оси вращения этого вращательного шарнира;
- располагают вращательный шарнир этой руки робота, посредством которого осуществляют это качательное движение так, чтобы центр масс метаемого образца груза находился в плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза от захватного устройства, параллельно расчетному вектору скорости центра масс метаемого образца груза в расчетный момент отрыва от захватного устройства;
- не изменяют расстояние между центром масс метаемого образца груза при удержании этого образца груза захватным устройством и осью вращения вращательного шарнира этой руки робота, посредством которого осуществляют это качательное движение, так, что при этом ось вращения этого вращательного шарнира перпендикулярна плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза от захватного устройства параллельно расчетному вектору скорости центра масс метаемого образца груза в расчетный момент отрыва от захватного устройства.
Затем, в режиме автоматического функционирования первого мобильного робота, с помощью специальных программ, определяют параметры режимов работы приводов руки робота, запястья робота, захватного устройства первого мобильного робота для осуществления перемещения по расчетной линии метаемого образца груза в фазе разгона, для заданного расчетного момента начала фазы разгона этого образца груза посредством захватного устройства первого мобильного робота при метании, и для заданной расчетной длительности фазы разгона этого образца груза, для обеспечения метания образца груза по расчетной траектории с заданной расчетной начальной скоростью, в заданном расчетном направлении, в заданный расчетный момент времени, посредством осуществления раскрытия захватного устройства так, чтобы центр масс метаемого образца груза был расположен в заданной расчетной точке отрыва от захватного устройства, в заданный расчетный момент времени, и расчетная скорость центра масс метаемого образца груза была равна заданной расчетной начальной скорости отрыва этого образца груза от захватного устройства, в заданный расчетный момент времени, с учетом расположения мобильной платформы первого мобильного робота в расположении при осуществлении метания образца груза. При этом учитывают погрешность отработки траектории движения руки робота, запястья робота и захватного устройства первого мобильного робота. При этом определяют расчетный момент времени начала фазы разгона образца груза, предшествующий заданному расчетному моменту времени раскрытия захватного устройства.
Затем, в режиме автоматического функционирования второго мобильного робота, с помощью специальных программ, определяют параметры режимов работы приводов руки робота, запястья робота, захватного устройства второго мобильного робота для осуществления перемещения руки робота, запястья робота, захватного устройства второго мобильного робота в такое расположение, при котором заданная расчетная точка захвата метаемого образца груза принадлежит зоне захвата этого образца груза посредством захватного устройства второго мобильного робота, с учетом расположения мобильной платформы второго мобильного робота при осуществлении захвата груза на лету. При этом учитывают погрешности отработки траектории движения руки робота, запястья робота и захватного устройства второго мобильного робота.
Затем, в режиме автоматического функционирования второго мобильного робота, с помощью специальных программ, определяют параметры расположения двух видеокамер, размещенных на мобильной платформе второго мобильного робота, и параметры расположения двух рук робота и двух запястий робота, на которых эти видеокамеры размещены, так, чтобы изображения, получаемые через эти видеокамеры, содержали изображения всех точек, включая расчетную точку захвата, принадлежащих расчетной траектории свободного полета метаемого образца груза.
Затем тарно-штучные грузы вручную размещают в местах хранения. Размещение грузов на полках производят без свесов. Информацию о наименовании размещенных грузов и соответствующих им адресах мест хранения размещают в компьютере пункта управления на устройстве хранения информации, с применением программирования ручного ввода данных, с использованием устройства ввода. Затем выполняют обмер помещения склада тарно-штучных грузов (вместе с содержимым этого помещения), выполняют построение трехмерной модели помещения этого склада (вместе с содержимым этого помещения) и определяют параметры этой трехмерной модели, посредством использования 3D-сканера. Информацию, которая содержит параметры этой трехмерной модели, размещают в компьютере пункта управления на устройстве хранения информации, посредством использования устройства ввода. Для каждого места хранения на каждой полке каждого стеллажа определяют параметры, соответствующие этому месту хранения. Для каждого груза, который размещают в месте хранения, определяют параметры, совпадающие с параметрами образца груза, который соответствует этому грузу. Затем для каждого груза, размещенного в определенном месте хранения, на компьютере пункта управления, с помощью специальных программ, определяют параметры расчетной траектории перемещения центра масс этого груза в фазе свободного полета при его метании посредством первого мобильного робота. Информацию, которая содержит параметры этих расчетных траекторий, размещают в компьютере пункта управления на устройстве хранения информации, с применением программирования ручного ввода данных, с использованием устройства ввода.
Затем определяют параметры проездов для первого и второго мобильных роботов. Определяют параметры линий возможных перемещений мобильных платформ первого и второго мобильных роботов по соответствующему проезду. Для зоны комплектации, по отношению к глобальной системе координат, определяют параметры расположения второго мобильного робота при осуществлении сбрасывания грузов посредством второго мобильного робота.
Затем размещают первый мобильный робот в проезде, предназначенном для отбора грузов из мест хранения и метания грузов. Затем размещают второй мобильный робот в проезде, предназначенном для захвата грузов на лету и транспортировки грузов в зону комплектации. При этом информацию, представляющую параметры начального расположения мобильных роботов, размещают в компьютере пункта управления на устройстве хранения информации, посредством использования устройства ввода. Затем осуществляют функционирование беспроводной локальной компьютерной сети на основе технологии Wi-Fi, к которой подключают, в качестве узлов компьютерной сети, компьютер пункта управления и бортовые компьютеры первого и второго мобильных роботов. При этом, с помощью специальных программ, устанавливают и непрерывно поддерживают системное время с осуществлением синхронизации с сервером точного времени на компьютере пункта управления и бортовых компьютерах первого и второго мобильных роботов, в режиме автоматического функционирования этих роботов, с использованием специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы параллельных вычислений. При этом в качестве сервера точного времени устанавливают компьютер пункта управления. Затем всю информацию, относящуюся к этому складу, размещенную в компьютере пункта управления на устройстве хранения информации, передают через беспроводную локальную компьютерную сеть на основе технологии Wi-Fi от компьютера пункта управления на бортовые компьютеры первого и второго мобильных роботов.
Отбор грузов из мест хранения и перемещение их в другую зону склада, в частности, в зону комплектации осуществляют следующим образом. На компьютере пункта управления, с применением программирования ручного ввода данных, с использованием устройства ввода, вводят наименование груза, который будут отбирать из места хранения и перемещать в зону комплектации. Затем на компьютере пункта управления, с помощью специальных программ, в режиме автоматического функционирования этого пункта управления, по этому наименованию груза находят хотя бы один адрес места хранения груза с этим наименованием, и передают, в режиме автоматического функционирования этого пункта управления, этот адрес на бортовые компьютеры первого и второго мобильных роботов через беспроводную локальную компьютерную сеть на основе технологии Wi-Fi.
Затем на бортовых компьютерах первого и второго мобильных роботов, посредством их автоматического функционирования, через беспроводную локальную компьютерную сеть на основе технологии Wi-Fi, получают адрес места хранения, из которого будут отбирать груз.
Затем на бортовых компьютерах первого и второго мобильных роботов, посредством их автоматического функционирования, определяют:
- параметры этого места хранения;
- параметры груза, размещенного в этом месте хранения;
- параметры метания этого груза и захвата на лету этого груза, соответствующие этому грузу и этому месту хранения.
Затем на бортовом компьютере первого мобильного робота, посредством его автоматического функционирования, определяют:
- параметры линий, вдоль которых будут перемещать мобильную платформу первого мобильного робота по соответствующему проезду для перемещения: а) из текущего расположения первого мобильного робота в расположение при осуществлении отбора этого груза из этого места хранения, б) из расположения первого мобильного робота при осуществлении отбора этого груза из этого места хранения в расположение при осуществлении метания этого груза, отобранного из этого места хранения;
- параметры расположения (по отношению к системе координат мобильной платформы первого мобильного робота) руки робота, запястья робота, захватного устройства при удержании этого груза при осуществлении транспортировки этого груза посредством автоматического функционирования первого мобильного робота.
Затем на бортовом компьютере второго мобильного робота, посредством его автоматического функционирования, определяют:
- параметры линий, вдоль которых будут перемещать мобильную платформу второго мобильного робота по соответствующему проезду для перемещения: а) из текущего расположения второго мобильного робота в расположение при осуществлении захвата на лету этого груза, отобранного из этого места хранения, б) из расположения второго мобильного робота в расположение при осуществлении захвата на лету этого груза, отобранного из этого места хранения, в расположение второго мобильного робота при осуществлении сбрасывания этого груза посредством второго мобильного робота;
- параметры расположения (по отношению к системе координат мобильной платформы второго мобильного робота) руки робота, запястья робота, захватного устройства при удержании этого груза при осуществлении транспортировки этого груза посредством автоматического функционирования второго мобильного робота.
Затем первый мобильный робот, посредством его автоматического функционирования, перемещают (по соответствующему проезду, вдоль соответствующей линии) в расположение при осуществлении захвата груза, размещенного в этом месте хранения. Захват этого груза посредством автоматического функционирования первого мобильного робота осуществляют следующим образом. Сначала осуществляют расположение двух видеокамер в соответствии с параметрами, соответствующими этому месту хранения, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота. Для этого, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота, осуществляют расположение двух видеокамер, размещенных на мобильной платформе первого мобильного робота посредством перемещения двух рук робота и двух запястий робота, на которых они размещены, так, чтобы изображения, получаемые через эти видеокамеры, содержали изображение этого места хранения, и, следовательно, изображение груза, который размещен в этом месте хранения. При этом бортовой компьютер первого мобильного робота, с помощью специальных программ, настраивают, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота, на получение изображений от двух видеокамер, размещенных на мобильной платформе первого мобильного робота, и на обработку полученных изображений для распознавания груза и его реального пространственного расположения, с помощью специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения. Затем, на бортовом компьютере первого мобильного робота получают изображения этого места хранения и груза, размещенного в этом месте хранения, и распознают этот груз и его пространственное расположение.
Затем, на бортовом компьютере первого мобильного робота, с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, и с применением программного обеспечения встроенных систем реального времени, предназначенного для управления в режиме реального времени рукой робота, запястьем робота, захватным устройством, всенаправленным мобильным механизмом, определяют, посредством преобразования координат, параметры расположения, относительно глобальной системы координат, захватного устройства первого мобильного робота при осуществлении надежного захвата этого груза, размещенного в этом месте хранения, в момент перед закрытием этого захватного устройства, то есть соответствующие координаты начала системы координат захватного устройства первого мобильного робота, вычисленные в глобальной системе координат, и соответствующие координаты единичных векторов всех трех осей системы координат захватного устройства первого мобильного робота, вычисленные в глобальной системе.
Перед захватом груза из этого места хранения открывают захватное устройство первого мобильного робота, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота. Затем для этого груза, соответствующего определенному образцу груза, и для этого места хранения, с помощью специальных программ, определяют параметры режимов работы руки робота, запястья робота и захватного устройства первого мобильного робота, для осуществления расположения захватного устройства первого мобильного робота при осуществлении надежного захвата этого груза, размещенного в этом месте хранения, в момент перед закрытием этого захватного устройства. Затем, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота, осуществляют это расположение захватного устройства первого мобильного робота при осуществлении надежного захвата этого груза, размещенного в этом месте хранения, в момент перед закрытием этого захватного устройства, и после этого закрывают захватное устройство первого мобильного робота, тем самым осуществляют захват груза из этого места хранения и удержание его посредством захватного устройства первого мобильного робота. Затем перемещают это захватное устройство, вместе с удерживаемым грузом, по направлению к мобильной платформе первого мобильного робота, и осуществляют расположение руки робота, запястья робота, захватного устройства при удержании этого образца груза при осуществлении транспортировки этого образца груза посредством этого мобильного робота.
Затем первый мобильный робот перемещают (по соответствующему проезду, вдоль соответствующей линии), посредством его автоматического функционирования, в расположение при осуществлении метания груза, отобранного из этого места хранения. Затем второй мобильный робот перемещают (по соответствующему проезду, вдоль соответствующей линии), посредством его автоматического функционирования, в расположение при осуществлении захвата на лету груза, отобранного из этого места хранения.
Затем осуществляют расположение двух видеокамер, размещенных на мобильной платформе второго мобильного робота, посредством перемещения двух рук робота и двух запястий робота, на которых они размещены, так, чтобы изображения, получаемые через эти видеокамеры содержали изображение всех точек, принадлежащих расчетной траектории свободного полета этого груза, который метают посредством первого мобильного робота, включая заданную точку захвата, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота. При этом бортовой компьютер второго мобильного робота настраивают на получение изображений от двух видеокамер, размещенных на мобильной платформе второго мобильного робота, и на обработку полученных изображений для распознавания метаемого груза и его реального пространственного расположения, с учетом времени, необходимого для получения и обработки изображений метаемого груза, с помощью специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота. Затем от бортового компьютера второго мобильного робота передают на бортовой компьютер первого мобильного робота (через беспроводную локальную компьютерную сеть на основе технологии Wi-Fi), посредством автоматического функционирования первого и второго мобильных роботов, сообщение о готовности второго мобильного робота к захвату на лету этого груза. Затем осуществляют, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота, начальное расчетное расположение второго мобильного робота при размещении метаемого груза в начальном положении при начале фазы разгона.
Затем, на бортовом компьютере первого мобильного робота, с помощью специальных программ, определяют расчетный момент начала фазы разгона этого груза (для обеспечения метания этого груза по расчетной траектории посредством первого мобильного робота), и расчетный момент отрыва метаемого груза от захватного устройства первого мобильного робота, и эту информацию передают на бортовой компьютер второго мобильного робота (через беспроводную локальную компьютерную сеть на основе технологии Wi-Fi), посредством автоматического функционирования первого и второго мобильных роботов. Затем осуществляют разгон этого груза и метание этого груза по расчетной траектории, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота (в соответствии с параметрами метания этого груза и захвата на лету этого груза, соответствующими этому грузу и этому месту хранения). На бортовом компьютере второго мобильного робота получают изображения через две видеокамеры, и производят обработку полученных изображений в режиме реального времени, и распознают метаемый груз и его реальное пространственное расположение, с учетом времени, необходимого для получения и обработки изображений метаемого груза, в частности, получают, в режиме реального времени, информацию о расположении и скорости центра масс метаемого груза, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота. При этом применяют специальные программы, посредством которых реализуют алгоритмы параллельных вычислений, посредством которых производят в режиме реального времени обработку одновременно нескольких изображений, получаемых через две видеокамеры, и при этом управляют работой мобильного робота, в частности, управляют перемещениями руки робота, запястья робота и захватного устройства.
При этом учитывают то, что при метании груза этот груз может отклониться от расчетной траектории перемещения. Для того, чтобы осуществить захват на лету этого груза при возможном отклонении этого груза от расчетной траектории перемещения, выполняют следующую совокупность действий, предназначенную для осуществления захвата на лету этого груза, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, которая состоит из совокупности действий А1 и совокупности действий А2, которые выполняют параллельно, посредством реализации параллельных вычислений, и посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, в режиме реального времени. При этом эти действия выполняют, с помощью специальных программ, в режиме реального времени, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, после отрыва метаемого груза от захватного устройства первого мобильного робота. При этом учитывают то, что в случае, если метаемый груз не захвачен на лету посредством второго мобильного робота в течении, например, 10 с после отрыва метаемого груза от захватного устройства первого мобильного робота, то осуществить захват на лету этого груза, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота при этих обстоятельствах невозможно. При этом начала выполнения совокупности действий А1 и совокупности действий А2 совпадают с расчетным моментом отрыва метаемого груза от захватного устройства первого мобильного робота.
Совокупность действий А1 (ее описание состоит из описаний шагов 1-2) следующая:
Шаг 1. Выполняют параллельно, посредством реализации параллельных вычислений, и посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, в режиме реального времени, следующие две совокупности действий, обозначенные через 1.1. и 1.2. (при этом совокупность действий 1.1. состоит из шагов 1а и 1б):
Совокупность действий 1.1. следующая:
Шаг 1а. На бортовом компьютере второго мобильного робота по получаемым изображениям вычисляют (в глобальной системе координат) координаты центра масс метаемого груза в текущий момент времени (при этом точку, которая имеет эти вычисленные координаты, обозначают через J), координаты вектора скорости центра масс метаемого груза в текущий момент времени (при этом вектор, который имеет эти вычисленные координаты, обозначают через F), и при этом определяют текущий момент времени Q, в который вычислили координаты центра масс метаемого груза. При этом, посредством реализации параллельных вычислений, осуществляют локализацию второго мобильного робота и определяют параметры зоны захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота (относительно глобальной системы координат). Затем, с помощью специальных программ, определяют, принадлежит ли точка J зоне захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота. Затем, если точка J принадлежит зоне захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота, то осуществляют захват груза посредством закрытия захватного устройства второго мобильного робота и на этом завершают выполнение совокупности действий, предназначенной для осуществления захвата на лету этого груза, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, и осуществляют выход из этого цикла из двух шагов 1-2, прекращая все действия, описанные в шагах 1-2, и прекращая все действия, описанные в совокупности действий А1 и в совокупности действий А2. В случае, если точка J не принадлежит зоне захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота, то далее выполняют следующие действия. Выполняют сравнение расчетного момента отрыва метаемого груза от захватного устройства первого мобильного робота с моментом времени Q, и если расчетный момент отрыва метаемого груза от захватного устройства первого мобильного робота отличается от момента времени Q на величину, не меньшую 10 с, то передают на компьютер пункта управления от бортового компьютера второго мобильного робота (через беспроводную локальную компьютерную сеть на основе технологии Wi-Fi) сообщение о неудачной попытке захвата груза на лету, и осуществляют выход из этого цикла из двух шагов 1-2, прекращая все действия, описанные в шагах 1-2, и прекращая все действия, описанные в совокупности действий А1 и в совокупности действий А2. Если расчетный момент отрыва метаемого груза от захватного устройства первого мобильного робота отличается от момента времени Q на величину, меньшую 10 с, то далее выполняют следующие действия.
На бортовом компьютере второго мобильного робота определяют, в режиме реального времени, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, вертикальную плоскость, проходящую через точку J параллельно вектору F. В этой плоскости вводят декартову прямоугольную систему координат, в которой начало координат совпадает с точкой J, и в которой первая координатная ось находится в горизонтальной плоскости, перпендикулярно направлению силы тяжести, и вторая координатная ось направлена вертикально вверх, то есть направлена противоположно направлению силы тяжести.
Затем, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, вычисляют приближенное решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с начальными условиями (2) и заданными параметрами груза, посредством которой описывают расчетную траекторию перемещения в фазе свободного полета центра масс метаемого груза в вертикальной плоскости, проходящей через точку J параллельно вектору F, при этом используют специальные программы, посредством которых вычисляют приближенные решения задачи Коши для систем обыкновенных дифференциальных уравнений, с применением численных методов. При этом в системе обыкновенных дифференциальных уравнений (1) в качестве значения параметра m задают массу метаемого груза, в качестве значения параметра К задают значение коэффициента сопротивления воздуха, соответствующее этому грузу. При этом, в начальных условиях (2), в качестве значения параметра Т задают момент времени Q, в качестве значений параметров А и В задают координаты точки J, вычисленные в системе координат, введенной в вертикальной плоскости, проходящей через точку J параллельно вектору F. При этом в начальных условиях (2) в качестве значений параметров С и D задают координаты вектора F, вычисленные в системе координат, введенной в вертикальной плоскости, проходящей через точку J параллельно вектору F. В частности, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, вычисляют новую совокупность значений приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с новыми начальными условиями (2) для следующих 1001 значений независимого переменного t:
w
0
r=Q+h⋅0,001⋅w,
где:
w
r - значение независимого переменного t, то есть расчетный момент времени, наступающий после момента времени Q, определенного на этом шаге 1а, с;
w - порядковый номер значения независимого переменного t, то есть целое число, принимающее все значения от 0 до 1000;
Q - момент времени, в который вычислили координаты центра масс метаемого груза на этом шаге 1а, с;
0
h - заданная расчетная длительность свободного полета груза, с.
w
w
w
w
Затем находят новую совокупность значений приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с новыми начальными условиями (2), которые имеют вид: (x(r), y(r), u(r), v(r)) для целого числа w, принимающего все значения от 0 до 1000.
s
1+4⋅w
2+4⋅w
0
1+4⋅w
w
2+4⋅w
w
1+4⋅w
2+4⋅w
1+6⋅w
2+6⋅w
3+6⋅w
3+4⋅w
4+4⋅w
0
3+4⋅w
w
4+4⋅w
w
3+4⋅w
4+4⋅w
4+6⋅w
5+6⋅w
6+6⋅w
Таким образом, вычисляют упорядоченную последовательность 4004 чисел {N} (для всех целых чисел s от 1 до 4004), которые представляют собой расчетные координаты точек и расчетные координаты векторов, вычисленные в системе координат, установленной для вертикальной плоскости, проходящей через точку J параллельно вектору F. При этом числа N, N (для всех целых чисел w от 0 до 1000) - это упорядоченная пара чисел, представляющая собой расчетные координаты центра масс метаемого груза в расчетный момент времени, наступающий после момента времени Q, определенного на этом шаге 1а, через промежуток времени, равный произведению трех чисел: числа w, числа h и числа 0,001. При этом число N равно числу x(r), число N равно числу y(r) (для всех целых чисел w от 0 до 1000). Затем для каждой точки, задаваемой координатами N, N (для всех целых чисел w от 0 до 1000), вычисляют координаты этой точки в глобальной системе координат, в виде упорядоченной тройки чисел: p, p, р. При этом числа N, N (для всех целых чисел w от 0 до 1000) - это упорядоченная пара чисел, представляющая собой расчетные координаты вектора скорости центра масс метаемого груза в расчетный момент времени, наступающий после момента времени Q, определенного на этом шаге 1а, через промежуток времени, равный произведению трех чисел: числа w, числа h и числа 0,001. При этом число N равно числу u(r), число N равно числу v(r) (для всех целых чисел w от 0 до 1000). Затем для каждого вектора, задаваемого координатами N, N (для всех целых чисел w от 0 до 1000), вычисляют координаты этого вектора в глобальной системе координат, в виде упорядоченной тройки чисел: P, P, Р.
i
0
0
Таким образом, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, вычисляют параметры новой расчетной траектории перемещения центра масс метаемого груза в фазе свободного полета, которые представляют собой упорядоченную последовательность 6007 чисел {p} (для всех целых чисел i от 0 до 6006), и первое число р, равное числу h - это заданная расчетная длительность свободного полета груза, и остальные 6006 чисел представляют собой, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты центра масс метаемого груза и расчетные координаты вектора скорости центра масс метаемого груза в соответствующие расчетные моменты времени.
1
2
3
4
5
6
В частности, упорядоченная тройка чисел: р, р, р - это, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты точки J, и упорядоченная тройка чисел: р, p, р - это, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты вектора F.
1+6⋅q
2+6⋅q
3+6⋅q
Затем на бортовом компьютере второго мобильного робота среди 1001 расчетных точек с расчетными координатами вида: p, p, p (для всех целых чисел q от 0 до 1000), посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, с помощью специальных программ, определяют расчетную точку (которую обозначают через R), которая находится на минимальном расстоянии от зоны захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота, параметры которой (в глобальной системе координат) вычислены на этом шаге 1а. На этом шаг 1а завершают и переходят к шагу 1б.
Шаг 1б. Определяют, принадлежит ли точка R, определенная на шаге 1а, пространству, ометаемому центральной точкой запястья (на котором установлено захватное устройство) второго мобильного робота, при расположении мобильной платформы второго мобильного робота, когда он перемещен в расположение при осуществлении захвата на лету груза, который метают посредством первого мобильного робота. Если точка R не принадлежит этому пространству, то шаг 16 завершают и переходят на шаг 1а. Если точка R принадлежит этому пространству, то определяют, выполняли ли хотя бы один раз шаг 2. И затем выполняют следующее.
Если шаг 2 ни разу не выполняли, то определяют, принадлежит ли точка R зоне захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота, параметры которой (в глобальной системе координат) вычислены на этом шаге 1а, и если принадлежит, то переходят на шаг 1а (при этом завершая этот шаг 1б), и если не принадлежит, то шаг 1б завершают, и завершают этот шаг 1, и переходят на шаг 2, завершая совокупность действий 1.1. (и, следовательно, завершая совокупность действий 1.2., если на этот момент эта совокупность действий 1.2. еще не завершена).
В случае, если шаг 2 хотя бы один раз выполняли, то, с помощью специальных программ, в режиме реального времени, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота выполняют следующее. Определяют, принадлежит ли точка R, определенная на шаге 1а, зоне захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота, параметры которой (в глобальной системе координат) вычислены при последнем выполнении шага 2 этого цикла из двух шагов (в случае если шаг 2 хотя бы один раз выполняли), и если принадлежит, то шаг 1б завершают и переходят на шаг 1а, и если не принадлежит, то шаг 1б завершают, и завершают этот шаг 1, и переходят на шаг 2, завершая совокупность действий 1.1. (и, следовательно, завершая совокупность действий 1.2., если на этот момент эта совокупность действий 1.2. еще не завершена).
Совокупность действий 1.2. следующая:
Определяют, выполняли ли хотя бы один раз шаг 2. Если шаг 2 ни разу не выполняли, то совокупность действий 1.2. завершают. Если шаг 2 хотя бы один раз выполняли, то начинают выполнять перемещение второго мобильного робота (посредством выполнения соответствующей программы задач), соответствующее последнему выполнению шага 2 этого цикла из двух шагов. Затем, либо это перемещение продолжают выполнять до полного завершения этого перемещения (посредством полного выполнения соответствующей программы задач, и при этом завершая совокупность действий 1.2.), до наступления момента завершения совокупности действий 1.1. этого шага 1, либо это перемещение продолжают выполнять и останавливают его (не осуществив полное выполнение соответствующей программы задач, и при этом завершая совокупность действий 1.2.) в момент завершения совокупности действий 1.1. этого шага 1.
Шаг 2. Определяют новые параметры новой зоны захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота (относительно глобальной системы координат) такой, чтобы расчетная точка R, определенная на шаге 1, принадлежала этой новой зоне захвата. Затем, с помощью специальных программ, в режиме реального времени, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, осуществляют локализацию второго мобильного робота. Затем определяют параметры режимов работы приводов этого мобильного робота для осуществления перемещения из этого, определенного посредством локализации, текущего расположения второго мобильного робота в такое расположение, при котором точка R, определенная на шаге 1, принадлежит этой новой зоне захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота. При этом создают, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, новую программу задач, которая содержит набор инструкций для перемещения второго мобильного робота, которая заключается в перемещении второго мобильного робота в такое расположение, при котором точка R, определенная на шаге 1, принадлежит этой новой зоне захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота. При этом полное выполнение этой новой программы задач означает то, что второй мобильный робот перемещен в такое расположение, при котором точка R, определенная на шаге 1, принадлежит этой новой зоне захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота. На этом шаг 2 завершают и переходят на шаг 1. На этом описание совокупности действий А1 завершено.
Совокупность действий А2 (ее описание состоит из описаний шагов 2.1. и 2.2.) следующая:
2
Шаг 2.1. На бортовом компьютере второго мобильного робота по получаемым изображениям вычисляют (в глобальной системе координат) координаты центра масс метаемого груза в текущий момент времени (при этом точку, которая имеет эти вычисленные координаты, обозначают через J). При этом, посредством реализации параллельных вычислений, осуществляют локализацию второго мобильного робота и определяют параметры зоны захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота (относительно глобальной системы координат). На этом завершают шаг 2.1. и переходят на шаг 2.2.
2
2
2
Шаг 2.2.: С помощью специальных программ, определяют, принадлежит ли точка J этой зоне захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота. Затем, если точка J принадлежит этой зоне захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота, то осуществляют захват груза посредством закрытия захватного устройства второго мобильного робота и на этом завершают выполнение совокупности действий, предназначенной для осуществления захвата на лету этого груза, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, прекращая все действия, описанные в шагах 2.1. и 2.2., и прекращая все действия, описанные в совокупности действий А1 и в совокупности действий А2. В случае, если точка J не принадлежит этой зоне захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота, то завершают выполнение шага 2.2. и переходят на шаг 2.1. На этом описание совокупности действий А2 завершено.
Таким образом, осуществляют метание груза посредством первого мобильного робота и захват на лету этого груза посредством второго мобильного робота, посредством автоматического функционирования первого и второго мобильных роботов. После осуществления захвата на лету груза посредством второго мобильного робота, осуществляют удержание этого груза и осуществляют, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота, расположение руки робота, запястья робота, захватного устройства при удержании этого груза при осуществлении транспортировки этого образца груза посредством этого мобильного робота. После этого второй мобильный робот, посредством его автоматического функционирования, вместе с удерживаемым грузом, перемещают (по соответствующему проезду, вдоль соответствующей линии) в другую зону склада, в частности, в зону комплектации, в расположение при осуществлении сбрасывания грузов в контейнер, посредством второго мобильного робота. Затем осуществляют сбрасывание груза в контейнер посредством раскрытия захватного устройства второго мобильного робота в расположении второго мобильного робота при осуществлении сбрасывания грузов, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота. На этом перемещение этого груза из зоны хранения в другую зону склада, в частности, в зону комплектации завершают.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является уменьшение суммарного расстояния перемещений мобильных платформ мобильных роботов вместе с грузом, при осуществлении перемещений грузов на складе тарно-штучных грузов. При этом мобильные роботы используют в качестве подъемно-транспортного оборудования, и которые в качестве автоматических грузозахватных приспособлений содержат руку робота, захватное устройство.
Этот технический результат заявленного способа перемещения грузов на складе тарно-штучных грузов достигается тем, что перемещение груза из зоны хранения в другую зону склада, в частности, в зону комплектации, осуществляют посредством метания груза первым мобильным роботом, которое имеет фазу разгона груза, состоящую из принудительного перемещения груза с одновременным удержанием этого груза захватным устройством, по заданной расчетной линии, посредством перемещения руки робота, запястья робота, захватного устройства, которым удерживают этот груз, в режиме автоматического функционирования первого мобильного робота, так, чтобы в заданный расчетный момент отрыва этого груза от этого захватного устройства центр масс метаемого груза находился в заданной расчетной точке и имел заданный расчетный вектор скорости, и посредством захвата на лету этого груза захватным устройством второго мобильного робота в режиме автоматического функционирования этого мобильного робота. При этом, осуществление отрыва этого груза от этого захватного устройства осуществляют посредством раскрытия этого захватного устройства в тот момент, когда центр масс метаемого груза находится в заданной расчетной точке, в заданный расчетный момент времени, и расчетная скорость центра масс метаемого груза равна заданной расчетной начальной скорости отрыва этого груза от захватного устройства, в заданный расчетный момент времени, и при этом, дальность свободного полета груза превышает диаметр пространства, ометаемого центральной точкой запястья робота, на которое установлено захватное устройство первого мобильного робота, при неподвижном расположении мобильной платформы первого мобильного робота. При этом дальность свободного полета груза определяют как расстояние от ортогональной проекции точки отрыва груза от захватного устройства первого мобильного робота (то есть точки, в которой находится центр масс метаемого груза в момент отрыва этого груза от захватного устройства) на верхнюю горизонтальную плоскость пола помещения склада до ортогональной проекции, на эту же горизонтальную плоскость, точки, в которой груз захватывают захватным устройством второго мобильного робота (то есть точки, в которой находится центр масс метаемого груза в момент захвата этого груза посредством захватного устройства второго мобильного робота).
Краткое описание чертежей
На фигурах схематично изображено:
Фигура 1: вид мобильного робота.
Фигура 2: вид стеллажа.
Фигура 3: вид сбоку первого мобильного робота при осуществлении отбора груза из места хранения.
Фигура 4: вид сбоку второго мобильного робота при осуществлении сбрасывания груза в контейнер.
Фигура 5: план склада тарно-штучных грузов.
Фигура 6: вид сбоку первого и второго мобильных роботов при осуществлении метания груза посредством первого мобильного робота и захвата на лету груза посредством второго мобильного робота.
На фигурах цифрами обозначены: 1 - мобильный робот, 2 - мобильная платформа, 3 - захватное устройство, 4 - запястье робота, предназначенное для установки захватного устройства, 5 - рука робота, предназначенная для установки захватного устройства, 6 - бортовой компьютер, 7 - устройство хранения информации, подключенное к бортовому компьютеру, 8 - сетевое оборудование, подключенное к бортовому компьютеру, 9 - видеокамера, 10 - запястье робота, предназначенное для установки видеокамеры, 11 - рука робота, предназначенная для установки видеокамеры, 12 - источник энергии, 13 - стеллаж, 14 - стойка стеллажа, 15 - первая полка стеллажа, 16 - вторая полка стеллажа, 17 - тарно-штучный груз, 18 - пол помещения склада тарно-штучных грузов, 19 - контейнер, 20 - пункт управления, 21 - компьютер пункта управления, 22 - устройство хранения информации, подключенное к компьютеру пункта управления, 23 - сетевое оборудование, подключенное к компьютеру пункта управления, 24 - устройство ввода, подключенное к компьютеру пункта управления, 25 - зона комплектации, 26 - проезд, предназначенный для перемещений второго мобильного робота, 27 - линия возможных перемещений мобильной платформы второго мобильного робота, 28 - проекция на плоскость OXY глобальной системы координат начала координат мобильной платформы второго мобильного робота при осуществлении захвата груза на лету посредством второго мобильного робота, 29 - зона хранения, 30 - проезд, предназначенный для перемещений первого мобильного робота, 31 - линия возможных перемещений мобильной платформы первого мобильного робота, 32 - проекция на плоскость OXY глобальной системы координат начала системы координат мобильной платформы первого мобильного робота при осуществлении отбора груза из места хранения посредством первого мобильного робота, 33 - проекция на плоскость OXY глобальной системы координат начала системы координат мобильной платформы первого мобильного робота при осуществлении метания груза посредством первого мобильного робота, 34 - расчетная траектория перемещения метаемого груза в фазе свободного полета.
Осуществление изобретения
Изобретением является новый способ перемещения грузов на складе тарно-штучных грузов. Заявленный способ предназначен для осуществления перемещения тарно-штучных грузов, жестко закрепленных внутри жесткой упаковки, не являющихся опасными и хрупкими, массой от 100 до 500 г, габаритные размеры которых: длина, высота, ширина - от 5 до 10 см. Для реализации заявленного изобретения используют два одинаковых мобильных робота 1, которые являются шарнирными роботами, содержащими вращательные и сферические шарниры. Первый мобильный робот 1 используют, посредством автоматического функционирования этого робота, для отбора грузов 17 из мест хранения и для метания грузов 17. Второй мобильный робот 1 используют, посредством автоматического функционирования этого робота, для транспортировки грузов 17 в зону комплектации 25, и для захвата на лету грузов 17, которые метают посредством первого мобильного робота 1.
Каждый мобильный робот 1 содержит:
- мобильную платформу 2, содержащую всенаправленный мобильный механизм, на которой размещают все остальные элементы мобильного робота 1;
- бортовой компьютер 6 с подключенным устройством хранения информации 7;
- сетевое оборудование 8, предназначенное для подключения бортового компьютера в качестве узла компьютерной сети к беспроводной локальной компьютерной сети на основе технологии Wi-Fi;
- руку 5 робота, запястье 4 робота, установленное на этой руке 5 робота, и рабочий орган робота, который является захватным устройством 3, установленным на этом запястье 4 робота;
- две руки 11 робота, два запястья 10 робота, которые установлены по одному на каждой из этих рук 11 робота, и предназначены для установки на каждом из них по одной видеокамере 9;
- две видеокамеры 9, установленные на запястьях 10 робота, при этом каждая видеокамера 9 размещена на отдельном запястье 10 робота, с помощью которого эту видеокамеру 9 позиционируют и ориентируют;
- источник энергии 12, предназначенный для обеспечения нормальной работы всех элементов мобильного робота 1.
Использована мобильная платформа 2 с возможностью перемещения по ровной плоской сплошной горизонтальной поверхности со скоростью до 5 км/ч, и которая имеет массу от 100 до 150 кг. При этом длина, ширина, высота мобильной платформы 2 составляют от 100 до 150 см. Верхняя часть мобильной платформы 2 представляет собой ровную плоскую горизонтальную поверхность, которая расположена на высоте 1 м от уровня пола 18 помещения этого склада при расположении этой мобильной платформы 2 на этом складе тарно-штучных грузов. Мобильная платформа 2 содержит всенаправленный мобильный механизм, содержащий соответствующую совокупность приводов, блоков управления приводами, и проприоцептивных датчиков, которые являются энкодерами.
Все руки 5, 11 робота, все запястья 4, 10 робота, захватное устройство 3 мобильного робота 1 содержат соответствующую совокупность приводов, блоков управления приводами, и проприоцептивных датчиков, являющихся энкодерами.
Все руки 5, 11 робота имеют массу от 10 до 20 кг, количество степеней свободы каждой руки 5, 11 робота - не менее 7, длина каждой руки 5, 11 робота - более 180 см, при этом максимальная угловая скорость индивидуальных соединений каждой руки 5, 11 робота - не менее 1200 градусов в секунду. Максимальная угловая скорость индивидуальных соединений захватного устройства 3 - не менее 1200 градусов в секунду, усилие удержания предмета захватным устройством 3 - более 30 Н.
Каждый привод, каждый блок управления приводом, каждый проприоцептивный датчик установлены и подключены к источнику энергии 12, размещенному на мобильной платформе 2. Каждый привод установлен с возможностью осуществления управления этим приводом посредством блока управления приводом. Каждый блок управления приводом установлен с возможностью получения сигналов от бортового компьютера 6, представляющих параметры режимов работы привода, и с возможностью управления работой привода, в соответствии с получаемыми сигналами. Каждый проприоцептивный датчик установлен с возможностью передачи на бортовой компьютер 6 сигнала, представляющего результаты работы соответствующего привода, включенного в состав всенаправленного мобильного механизма, рук 5, 11 робота, запястий 4, 10 робота, захватного устройства 3 мобильного робота 1.
Бортовой компьютер 6 с подключенным устройством хранения информации 7 установлен на мобильной платформе 2, при этом к бортовому компьютеру 6 подключен всенаправленный мобильный механизм, рука 5 робота, запястье 4 робота, захватное устройство 3, установленное на этом запястье 4 робота, и к этому бортовому компьютеру 6 подключены две руки 11 робота, два запястья 10 робота, которые установлены по одному на каждой из этих рук 11 робота, две видеокамеры 9, установленные на этих запястьях 10 робота, по одной на каждом из этих запястий 10. При этом подключение к бортовому компьютеру 6 всенаправленного мобильного механизма, рук 5, 11 робота, запястий 4, 10 робота, захватного устройства 3 осуществлено посредством подключения к бортовому компьютеру 6 всех проприоцептивных датчиков и всех блоков управления приводами, которые содержат всенаправленный мобильный механизм, руки 5, 11 робота, запястья 4, 10 робота и захватное устройство 3. Бортовой компьютер 6 установлен с возможностью передавать каждому блоку управления приводом сигналы, представляющие параметры режимов работы этого привода. Бортовой компьютер 6 и подключенное к нему устройство хранения информации 7 подключены к источнику энергии 12, размещенному на мобильной платформе 2. К бортовому компьютеру 6 подключены две видеокамеры 9, установленные на запястьях 10 робота, с возможностью получения на бортовом компьютере 6 изображений через эти две видеокамеры 9. Каждая видеокамера 9 жестко прикреплена к соответствующему запястью 10 робота. Каждую видеокамеру 9 позиционируют и ориентируют посредством передачи сигналов, представляющих параметры режимов работы приводов руки 11 робота и запястья 10 робота, от бортового компьютера 6 на блоки управления приводами руки 11 робота и запястья 10 робота, и посредством осуществления работы приводов в этих режимах.
Каждая видеокамера 9 установлена с возможностью получения в режиме реального времени не менее 1000 изображений в секунду, с разрешением не менее 1024x1024 пикселей.
На мобильной платформе 2 установлено сетевое оборудование 8, которое подключено к бортовому компьютеру 6 и к источнику энергии 12, размещенному на мобильной платформе 2, и которое установлено с возможностью подключения бортового компьютера 6 посредством этого сетевого оборудования 8, в качестве узла компьютерной сети к беспроводной локальной компьютерной сети на основе технологии Wi-Fi.
На мобильной платформе 2 установлен источник энергии 12, предназначенный для обеспечения нормальной работы всех элементов мобильного робота 1, к которому подключены бортовой компьютер 6, устройство хранения информации 7, две видеокамеры 9, всенаправленный мобильный механизм мобильной платформы 2, рука 5 робота, две руки 11 робота, запястье 4 робота, два запястья 10 робота, захватное устройство 3, все приводы, все блоки управления приводами, все проприоцептивные датчики, установленные в этих руках 5, 11 робота, запястьях 4, 10 робота, захватном устройстве 3 и всенаправленном мобильном механизме, и подключено сетевое оборудование 8, предназначенное для подключения бортового компьютера 6, в качестве узла компьютерной сети, к беспроводной локальной компьютерной сети на основе технологии Wi-Fi.
На бортовой компьютер 6 с подключенным устройством хранения информации 7 инсталлированы следующие специальные программы:
- операционная система реального времени;
- программное обеспечение встроенных систем реального времени, предназначенное для управления в режиме реального времени рукой робота, запястьем робота, захватным устройством, всенаправленным мобильным механизмом;
- программное обеспечение, предназначенное для реализации алгоритмов компьютерного зрения, в частности, для обработки в режиме реального времени изображений, распознавания определенных объектов по полученным изображениям этих объектов, определения пространственного расположения определенных объектов по полученным изображениям этих объектов, нахождения оценки скорости объекта по получаемым изображениям этого объекта, определения параметров траектории перемещения объекта в трехмерном пространстве, вычисления расстояния до объекта;
- специальные программы, посредством которых реализуют алгоритмы параллельных вычислений;
- специальные программы, посредством которых вычисляют приближенные решения задачи Коши для систем обыкновенных дифференциальных уравнений, с применением численных методов;
- специальную программу, посредством которой устанавливают и поддерживают системное время с осуществлением синхронизации с сервером точного времени.
В качестве помещения для склада тарно-штучных грузов использовано одноэтажное помещение, 100 м в ширину, 100 м в длину, 6 м в высоту, с вертикальными стенами. При этом, пол 18 помещения склада тарно-штучных грузов сделан так, что верхняя плоскость пола 18 помещения склада выполнена в виде ровной плоской горизонтальной сплошной поверхности. Освещение в помещении для склада тарно-штучных грузов осуществлено в соответствии со стандартом: ГОСТ ИСО 8995-2002. Принципы зрительной эргономики. Освещение рабочих систем внутри помещений. - Введ. 2004-01-01. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. - 32 с.
Глобальная система координат OXYZ задана ортогональной, правоориентированной, и задана так, что начало глобальной системы координат принадлежит верхней плоскости пола 18 помещения склада, и расположено в одном из углов этого помещения склада. При этом, плоскость OXY содержит верхнюю горизонтальную плоскость пола 18 помещения этого склада, ось OZ направлена вертикально вверх, перпендикулярно к плоскости OXY, оси ОХ и OY принадлежат плоскости OXY и взаимно перпендикулярны. Ось ОХ расположена параллельно одной из стен помещения этого склада. Каждая система координат каждой видеокамеры 9 задана ортогональной, правоориентированной, и задана так, что единичный вектор, задающий направление третьей оси этой системы координат, расположен на оптической оси видеокамеры 9 и направлен в сторону объекта видеосъемки, и единичный вектор, задающий направление первой оси этой системы координат, перпендикулярен единичному вектору, задающему направление третьей оси этой системы координат. При этом, начало системы координат видеокамеры 9 задано принадлежащим поверхности корпуса видеокамеры 9, в точке пересечения этой поверхности и оптической оси этой видеокамеры 9. Каждая система координат каждого захватного устройства 3 задана так, что началом системы координат захватного устройства 3 выбрана центральная точка захватного устройства 3, и заданы направления трех координатных осей этой системы координат захватного устройства 3. Система координат каждой мобильной платформы 2 задана ортогональной, правоориентированной, и задана так, что единичный вектор, задающий направление первой оси этой системы координат, направлен в сторону движения вперед этой мобильной платформы 2, единичный вектор, задающий направление третьей оси этой системы координат, направлен вертикально вверх от мобильной платформы 2, при этом началом системы координат мобильной платформы 2 является исходная точка мобильной платформы 2. Эти параметры глобальной системы координат, системы координат каждой видеокамеры, системы координат каждой мобильной платформы 2 определяют с использованием оборудования, которое содержат мобильные роботы 1 и пункт управления 20, и эти параметры размещают на компьютере 21 пункта управления 20 и на бортовых компьютерах 6 мобильных роботов 1, на соответствующих устройствах хранения информации 7, 22.
Для мобильного робота 1 определяют параметры пространства, ометаемого центральной точкой запястья 4 робота, на которое установлено захватное устройство 3, относительно системы координат мобильной платформы 2 при ее неподвижном расположении, то есть параметры, посредством которых описывают координаты множества точек (вычисленных в системе координат этой мобильной платформы 2), в которые возможно осуществить перемещение центральной точки запястья 4 робота, посредством перемещения соответствующей руки 5 робота и запястья 4 робота, при неподвижном расположении этой мобильной платформы 2. Параметры пространства, ометаемого центральной точкой запястья 4 робота, на которое установлено захватное устройство 3, относительно системы координат мобильной платформы 2 при ее неподвижном расположении, и диаметр этого пространства определяют посредством обмера деталей этого мобильного робота 1, с использованием специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, и специального оборудования, в частности, например, с использованием 3D-сканера, и с использованием специальных программ, предназначенных для управления в режиме реального времени рукой робота, запястьем робота, захватным устройством, всенаправленным мобильным механизмом. Например, диаметр пространства, ометаемого центральной точкой запястья 4 робота, на которое установлено захватное устройство 3 первого мобильного робота 1, при неподвижном расположении мобильной платформы 2 первого мобильного робота 1, равен 4 м. Например, пространство, ометаемое центральной точкой запястья 4 робота, на которое установлено захватное устройство 3, при неподвижном расположении мобильной платформы 2, представляет собой, расположенное выше горизонтальной плоскости, проходящей через точку, в которой рука 5 робота прикреплена к мобильной платформе 2 мобильного робота 1, полушарие шара радиуса 2 м, с центром в точке, в которой рука 5 робота прикреплена к мобильной платформе 2 мобильного робота 1. При этом параметрами этого пространства являются радиус этого шара, координаты (вычисленные в системе координат мобильной платформы 2) центра этого шара, и коэффициенты общего уравнения горизонтальной плоскости (относительно системы координат этой мобильной платформы 2), проходящей через точку, в которой рука 5 робота прикреплена к мобильной платформе 2 мобильного робота 1. Эти параметры этого пространства и диаметр этого пространства определяют с использованием оборудования, которое содержит соответствующий мобильный робот 1, и эти параметры размещают на компьютере 21 пункта управления 20 и на бортовом компьютере 6 соответствующего мобильного робота 1, на соответствующих устройствах хранения информации 7, 22.
Для каждого мобильного робота 1 установлен отдельный проезд, по которому перемещают только один мобильный робот 1. При этом эти два проезда 26, 30 установлены не пересекающимися между собой. Каждый проезд 26, 30 задан в виде ориентированного простого двумерного многоугольника, расположенного в плоскости OXY глобальной системы координат, посредством задания вершин простой ломаной линии, которая представляет собой границу этого многоугольника. Эта простая ломаная линия задана посредством упорядоченной последовательности чисел, которые представляют собой координаты вершин этой простой ломаной линии, вычисленные в глобальной системе координат, и которые записаны в соответствии с порядком обхода вершин этого ориентированного простого двумерного многоугольника. При этом эта упорядоченная последовательность чисел представляет собой параметры соответствующего проезда для мобильного робота 1. При этом ширину этих проездов 26, 30 устанавливают не меньшей, чем удвоенный диаметр пространства, ометаемого центральной точкой запястья 4 робота, на которое установлено захватное устройство 3 соответствующего мобильного робота 1, при неподвижном расположении мобильной платформы 2 соответствующего мобильного робота 1.
Для первого мобильного робота 1 создан проезд 30 в зоне хранения 29, который предназначен для перемещения первого мобильного робота 1 при осуществлении отбора грузов 17 из мест хранения и метания грузов 17. Таким образом, параметры проезда 30 для первого мобильного робота 1 имеют, например, вид: (50, 50, 0), (70, 50, 0), (70, 80, 0), (50, 80, 0), (50, 70, 0), (60, 70, 0), (60, 60, 0), (50, 60, 0).
Для второго мобильного робота 1 создан проезд 26, который предназначен для перемещения второго мобильного робота 1 при осуществлении захвата на лету грузов 17 и транспортировки этих грузов 17 в зону комплектации 25. Таким образом, параметры проезда 26 для второго мобильного робота 1 имеют, например, вид: (20, 40, 0), (30, 40, 0), (30, 80, 0), (20, 80, 0).
При этом определяют параметры линий возможных перемещений мобильных платформ 2 первого и второго мобильных роботов 1 по соответствующему проезду, которые предпочтительно определяют в виде ломаных линий, лежащих на плоскости OXY глобальной системы координат, которые представляют собой линии возможных перемещений ортогональной проекции начала системы координат мобильной платформы 2 мобильного робота 1 на плоскость OXY глобальной системы координат, при перемещениях мобильной платформы 2 мобильного робота 1. При этом каждую такую ломаную линию задают в виде упорядоченной последовательности координат точек, вычисленных в глобальной системе координат, лежащих на плоскости OXY глобальной системы координат, и которые записаны в соответствии с порядком обхода вершин этой ломаной линии. При этом эта упорядоченная последовательность чисел представляет собой параметры соответствующей линии возможного перемещения мобильного робота 1 по соответствующему проезду.
Таким образом, параметры линий возможных перемещений мобильной платформы 2 первого мобильного робота 1 по соответствующему проезду 30 заданы посредством пяти ломаных линий: ((53, 55, 0), (65, 55, 0), (65, 75, 0), (53, 75, 0)); ((53, 51, 0), (53, 59, 0)); ((57, 51, 0), (57, 59, 0)); ((53, 71, 0), (53, 79, 0)); ((57, 71, 0), (57, 79, 0)).
Таким образом, параметры линий возможных перемещений мобильной платформы 2 второго мобильного робота 1 по соответствующему проезду 26 заданы посредством одной ломаной линии: ((25, 39, 0), (25, 75, 0)).
При этом параметры проездов 26, 30, предназначенных для перемещения мобильных роботов 1, и параметры линий возможных перемещений мобильных роботов 1 по соответствующим проездам 26, 30 определяют с использованием оборудования, которое содержат мобильные роботы 1 и пункт управления 20, и эти параметры размещают на компьютере 21 пункта управления 20 и на бортовых компьютерах 6 мобильных роботов 1, на соответствующих устройствах хранения информации 7, 22.
Для хранения грузов 17 использованы полочные односекционные двухъярусные стеллажи 13, глубиной 1 м, шириной 10 м, высотой 2,5 м. Четыре стеллажа 13 размещены в зоне хранения 29. Все полки этих стеллажей 13 выполнены в виде сплошной поверхности и прикреплены непосредственно к стойкам 14. Первые и вторые полки 15, 16 каждого стеллажа 13 расположены (при установке этого стеллажа 13 в зоне хранения 29) так, что верхние плоскости первой и второй полок 15, 16 расположены горизонтально так, что верхняя плоскость первой полки 15 расположена горизонтально на высоте 1 м от уровня пола 18 помещения этого склада, верхняя плоскость второй полки 16 расположена горизонтально на высоте 150 см от уровня пола 18 помещения этого склада.
Для каждого места хранения на каждой полке 15, 16 каждого стеллажа 13 определяют, посредством обмера этого места хранения с использованием специальных программ и 3D-сканера, следующие параметры, соответствующие этому месту хранения (в пунктах от (а) до (и)), и эти параметры определяют с использованием оборудования, которое содержат мобильные роботы 1 и пункт управления 20, и эти параметры размещают на компьютере 21 пункта управления 20 и на бортовых компьютерах 6 мобильных роботов 1, на соответствующих устройствах хранения информации 7, 22:
(а) адрес места хранения, по которому однозначно определяют это место хранения на этом складе тарно-штучных грузов, например, адрес этого места хранения имеет вид: 10;
(б) расстояние от верхней плоскости полки, на которой располагают это место хранения, до нижней плоскости полки следующего уровня хранения этого стеллажа 13 (для места хранения, расположенного на первой (то есть нижней) полке 15 стеллажа 13), или расстояние, равное разности между высотой стеллажа 13 и расстоянием от верхней плоскости полки, на которой располагают это место хранения, до плоскости OXY глобальной системы координат (для места хранения, расположенного на второй (то есть верхней) полке 16 стеллажа 13), например, следующее значение: 0,5 м;
(в) координаты четырех точек, принадлежащих верхней плоскости полки стеллажа 13, вычисленные в глобальной системе координат, которые задают наибольший по объему прямоугольный параллелепипед, который можно разместить без свесов на этом месте хранения этой полки стеллажа 13 с высотой, заданной предыдущим параметром, который определен в пункте (б), например, для первой полки 15 стеллажа 13 задают следующую упорядоченную последовательность чисел: (50, 80, 1), (55, 80, 1), (55, 82, 1), (50, 80, 1);
(г) координаты точки (вычисленные в глобальной системе координат), принадлежащей верхней плоскости полки стеллажа 13, на которой размещено это место хранения, которую предпочтительно выбирают для размещения груза 17 так, что проекция начала системы координат груза 17 на верхнюю плоскость этой полки стеллажа 13 совпадает с этой точкой, например, координаты этой точки в виде следующей упорядоченной тройки чисел: (53, 81,1);
(д) параметры расположения мобильной платформы 2 первого мобильного робота 1 при осуществлении отбора груза 17, из этого места хранения посредством первого мобильного робота 1, в которое перемещают эту мобильную платформу 2, в частности, координаты начала системы координат мобильной платформы 2 первого мобильного робота 1, вычисленные в глобальной системе координат, например: (53, 79, 0), и координаты единичного вектора первой оси системы координат мобильной платформы 2 первого мобильного робота 1, вычисленные в глобальной системе координат, и которые устанавливают при осуществлении отбора груза 17 из этого места хранения, и которые не изменяют на протяжении всей операции отбора груза 17, например: (0, 1, 0);
(е) параметры расположения двух видеокамер 9, двух рук 11 робота и двух запястий 10 робота, размещенных на мобильной платформе 2 первого мобильного робота 1, и на которых установлены эти две видеокамеры 9, при которых изображения, получаемые через эти две видеокамеры 9, содержат изображение этого места хранения, и которые вычисляют экспериментально, с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, и с применением программного обеспечения встроенных систем реального времени, предназначенного для управления в режиме реального времени рукой робота, запястьем робота, захватным устройством, всенаправленным мобильным механизмом;
(ж) параметры расположения мобильной платформы 2 первого мобильного робота 1 при осуществлении метания груза 17 (отобранного из этого места хранения) посредством первого мобильного робота 1, в которое перемещают эту мобильную платформу 2, в частности, координаты начала системы координат мобильной платформы 2 первого мобильного робота 1, вычисленные в глобальной системе координат, например: (53, 75, 0), и координаты единичного вектора первой оси системы координат мобильной платформы 2 первого мобильного робота 1, вычисленные в глобальной системе координат, и которые устанавливают при осуществлении метания груза 17, отобранного из этого места хранения, и которые не изменяют на протяжении всей операции метания груза 17, например: (-1, 0, 0);
(з) параметры расположения мобильной платформы 2 второго мобильного робота 1, при осуществлении захвата на лету груза 17 (отобранного из этого места хранения) посредством второго мобильного робота 1, в которое перемещают эту мобильную платформу 2, в частности, координаты начала системы координат мобильной платформы 2 второго мобильного робота 1, вычисленные в глобальной системе координат, например: (25, 75, 0), и координаты единичного вектора первой оси системы координат мобильной платформы 2 второго мобильного робота 1, вычисленные в глобальной системе координат, и которые устанавливают при осуществлении захвата на лету груза 17, отобранного из этого места хранения, и которые не изменяют на протяжении всей операции захвата груза 17 на лету, например: (1, 0, 0), при этом при метании груза 17 (отобранного из этого места хранения) мобильные роботы 1 располагают так, что минимальное расстояние между ортогональной проекцией (на верхнюю горизонтальную плоскость пола 18 помещения этого склада) пространства, ометаемого центральной точкой запястья 4 робота, на котором установлено захватное устройство 3 первого мобильного робота 1, когда он перемещен в расположение при осуществлении метания груза 17, и ортогональной проекцией (на верхнюю горизонтальную плоскость пола 18 помещения этого склада) пространства, ометаемого центральной точкой запястья 4 робота, на котором установлено захватное устройство 3 второго мобильного робота 1, когда он перемещен в расположение при осуществлении захвата на лету груза 17, превышает диаметр пространства, ометаемого центральной точкой запястья 4 робота, на которое установлено захватное устройство 3 первого мобильного робота 1, при неподвижном расположении мобильной платформы 2 первого мобильного робота 1;
(и) параметры системы координат этого места хранения, то есть координаты начала системы координат этого места хранения, вычисленные в глобальной системе координат, например: (53, 81, 1), и координаты трех единичных векторов, задающих направление трех координатных осей системы координат этого места хранения, вычисленные в глобальной системе координат, например: (1, 0, 0), (0, 1, 0), (0, 0,1).
В зоне комплектации 25 размещен контейнер 19, предназначенный для сбрасывания в него грузов 17, перемещенных в зону комплектации 25 посредством второго мобильного робота 1. При этом для зоны комплектации 25, по отношению к глобальной системе координат, определяют следующие параметры расположения второго мобильного робота 1 при осуществлении сбрасывания грузов 17 посредством второго мобильного робота 1, и в которое перемещают этот мобильный робот 1, и эти параметры определяют с использованием оборудования, которое содержит второй мобильный робот 1, и эти параметры размещают на компьютере 21 пункта управления 20 и на бортовом компьютере 6 второго мобильного робота 1, на соответствующих устройствах хранения информации 7, 22:
- координаты начала системы координат мобильной платформы 2 второго мобильного робота 1, вычисленные в глобальной системе координат, например: (25, 39, 0), и координаты единичного вектора первой оси системы координат мобильной платформы 2 второго мобильного робота 1, вычисленные в глобальной системе координат, и которые устанавливают при осуществлении сбрасывания груза 17, и которые не изменяют на протяжении всей операции сбрасывания груза 17, например: (0, -1, 0);
- координаты начала системы координат захватного устройства 3 второго мобильного робота 1, вычисленные в глобальной системе координат, и координаты единичных векторов всех трех осей системы координат захватного устройства 3 второго мобильного робота 1, вычисленные в глобальной системе координат, и которые установлены при осуществлении сбрасывания груза 17 в момент перед раскрытием захватного устройства 3, и которые устанавливают так, чтобы при раскрытии захватного устройства 3, груз 17, под действием силы тяжести, перемещался в контейнер 19, и которые вычисляют экспериментально, с использованием видеозаписи осуществления сбрасывания этого образца груза 17, с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения.
Для осуществления перемещения грузов 17 на складе тарно-штучных грузов использован пункт управления 20. Пункт управления 20 содержит компьютер 21, с подключенным устройством ввода 24, устройством хранения информации 22, и беспроводным сетевым оборудованием 23, предназначенным для подключения этого компьютера 21 в качестве узла компьютерной сети к беспроводной локальной компьютерной сети на основе технологии Wi-Fi. Пункт управления 20 размещен в помещении склада тарно-штучных грузов, вне зоны хранения 29 и вне зоны комплектации 25 склада тарно-штучных грузов, и вне проездов 26, 30, предназначенных для перемещения мобильных роботов 1.
На компьютер 21 пункта управления 20 с подключенным устройством хранения информации 22 инсталлированы следующие специальные программы:
- операционная система реального времени;
- специальная программа, посредством которой устанавливают и поддерживают системное время с осуществлением синхронизации с сервером точного времени;
- специальные программы, посредством которых реализуют алгоритмы параллельных вычислений;
- специальные программы, посредством которых вычисляют приближенные решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений с граничными условиями, с применением численных методов, и с применением метода пристрелки для краевых задач системы обыкновенных дифференциальных уравнений.
Перед размещением грузов 17 в зоне хранения 29 определяют количественный показатель номенклатуры грузов 17, подлежащих хранению на этом складе тарно-штучных грузов, например, равный 4. Таким образом, использовано 4 наименования грузов, которые, например, имеют наименования, условно обозначенные как GR1, GR2, GR3, GR4. При этом на этом складе тарно-штучных грузов учитывают то, что если два груза 17 являются одинаковыми, то эти два груза 17 имеют одно и то же наименование. Затем выбирают набор образцов грузов 17, соответствующий этой определенной номенклатуре грузов 17. Для каждого образца груза 17, с использованием взвешивания, обмера образца груза 17, и, при необходимости, с использованием стенда для определения центра масс изделий, и с использованием 3D-сканера, определяют следующие параметры, соответствующие этому образцу груза 17, и эти параметры определяют с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, и с применением программного обеспечения встроенных систем реального времени, предназначенного для управления в режиме реального времени рукой робота, запястьем робота, захватным устройством, всенаправленным мобильным механизмом, с использованием оборудования, которое содержат мобильные роботы 1 и пункт управления 20, и эти параметры размещают на компьютере 21 пункта управления 20 и на бортовых компьютерах 6 мобильных роботов 1, на соответствующих устройствах хранения информации 7, 22:
- наименование груза 17, например, GR1;
- массу образца груза 17, например, 0,1 кг;
- параметры системы координат образца груза 17, при этом началом системы координат образца груза 17 выбирают центр масс этого образца груза 17, и выбирают направления трех координатных осей этой системы координат образца груза 17, например, направления трех координатных осей этой системы координат образца груза 17, имеющего, например, форму куба с длиной стороны, равной 0,1 м, выбирают попарно взаимно перпендикулярными, и направленными, соответственно, параллельно трем, выходящим из одной вершины ребрам этого куба;
- параметры трехмерной модели (по-другому называемой 3D-моделью) образца груза 17, например, образец груза 17 имеет форму куба, с длиной стороны, равной 0,1 м;
- коэффициент сопротивления воздуха, определяемый свойствами среды, формой образца груза 17, соответствующий квадрату скорости образца груза 17, и соответствующий этому образцу груза 17, и определяемый при перемещении этого образца груза 17 со скоростью не превышающей 15 м/с;
- параметры зоны захвата этого образца груза 17 посредством захватного устройства 3 первого мобильного робота 1, то есть параметры, посредством которых описывают координаты множества точек (вычисленных в системе координат этого захватного устройства 3), таких, что при расположении этого образца груза 17 так, что при совпадении центра масс образца груза 17 с одной из этих точек, возможно осуществление надежного захвата и удержания этого образца груза 17 посредством закрытия этого захватного устройства 3, и которые вычислены экспериментально, с использованием видеозаписи захвата этого образца груза 17, с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, например, параметры зоны захвата этого образца груза 17 посредством захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 представляют собой радиус шара и координаты центра шара, вычисленные в системе координат захватного устройства, которые задают наибольший шар, который содержит зона захвата этого образца груза 17 посредством этого захватного устройства;
- параметры расположения захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 при осуществлении надежного захвата образца груза 17, размещенного на ровной горизонтальной поверхности, в момент перед закрытием этого захватного устройства 3, то есть координаты начала системы координат захватного устройства 3 первого мобильного робота 1, вычисленные в системе координат образца груза 17, размещенного на ровной горизонтальной поверхности, и координаты единичных векторов всех трех осей системы координат захватного устройства 3 первого мобильного робота 1, вычисленные в системе координат образца груза 17, и которые вычислены экспериментально, с использованием видеозаписи захвата этого образца груза 17, с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения.
Для каждого мобильного робота 1 и для каждого образца груза 17 определяют (по отношению к системе координат мобильной платформы 2 этого мобильного робота 1) параметры расположения руки 5 робота, запястья 4 робота, захватного устройства 3 при удержании этого образца груза 17 при осуществлении транспортировки этого образца груза 17 посредством автоматического функционирования этого мобильного робота 1, и которые вычисляют экспериментально, с использованием видеозаписи осуществления удержании этого образца груза 17 при осуществлении транспортировки этого образца груза 17, с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, и с применением программного обеспечения встроенных систем реального времени, предназначенного для управления в режиме реального времени рукой робота, запястьем робота, захватным устройством, всенаправленным мобильным механизмом, и эти параметры определяют с использованием оборудования, которое содержит соответствующий мобильный робот 1, и эти параметры размещают на компьютере 21 пункта управления 20 и на бортовом компьютере 6 соответствующего мобильного робота 1, на соответствующих устройствах хранения информации 7, 22.
Для каждого образца груза 17 и для каждого места хранения, с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, и с применением программного обеспечения встроенных систем реального времени, предназначенного для управления в режиме реального времени рукой робота, запястьем робота, захватным устройством, всенаправленным мобильным механизмом, определяют следующие параметры метания образца груза 17 и захвата на лету этого груза 17, соответствующие этому образцу груза 17 и этому месту хранения, с использованием оборудования, которое содержат мобильные роботы 1 и пункт управления 20, и эти параметры размещают на компьютере 21 пункта управления 20 и на бортовых компьютерах 6 мобильных роботов 1, на соответствующих устройствах хранения информации 7, 22:
- расчетные координаты, по отношению к глобальной системе координат, точки отрыва этого метаемого образца груза 17 от захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 (например, расчетные координаты точки отрыва, имеют вид: (53, 75, 2)), расчетные координаты, по отношению к глобальной системе координат, точки захвата на лету этого образца груза 17 (например, расчетные координаты точки захвата на лету, имеют вид: (25, 75, 2)), и расчетная длительность свободного полета этого образца груза 17, которая, например, равна 1,5 с;
- параметры расчетной траектории 34 перемещения метаемого образца груза 17 в фазе свободного полета, то есть упорядоченную последовательность расчетных координат центра масс метаемого образца груза 17 и расчетных координат вектора скорости центра масс метаемого образца груза 17, вычисленных в глобальной системе координат, для совокупности заданных расчетных моментов времени, наступающих после расчетного момента отрыва этого образца груза 17 от захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 при метании;
- параметры расчетной линии перемещения метаемого образца груза 17 в фазе разгона, то есть множество расчетных координат точек, представляющих собой совокупность расположений центра масс метаемого образца груза 17 при его перемещении в фазе разгона, включая расчетные координаты точки, в которой размещают метаемый образец груза 17 в начальном положении при начале фазы разгона, и включая расчетные координаты точки отрыва этого образца груза 17 от захватного устройства 3;
- параметры начального расчетного расположения второго мобильного робота 1, по отношению к глобальной системе координат, при осуществлении размещения метаемого образца груза 17 в начальном положении при начале фазы разгона;
- расчетную длительность фазы разгона этого образца груза 17, которая, например, равна 3 с;
- параметры режимов работы приводов руки 5 робота, запястья 4 робота, захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 для осуществления перемещения по расчетной линии метаемого образца груза 17 в фазе разгона, для заданного расчетного момента начала фазы разгона этого образца груза 17 посредством захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 при метании, и для заданной расчетной длительности фазы разгона этого образца груза 17, для обеспечения метания образца груза 17 по расчетной траектории 34 с заданной расчетной начальной скоростью, в заданном расчетном направлении, в заданный расчетный момент времени, посредством осуществления раскрытия захватного устройства 3 так, чтобы центр масс метаемого образца груза 17 был расположен в заданной расчетной точке отрыва, в заданный расчетный момент времени, и расчетная скорость центра масс метаемого образца груза 17 была равна заданной расчетной начальной скорости отрыва этого образца груза 17 от захватного устройства, в заданный расчетный момент времени, с учетом расположения мобильной платформы 2 первого мобильного робота 1 в расположении при осуществлении метания груза 17;
- параметры начального расчетного расположения второго мобильного робота 1, по отношению к глобальной системе координат, при осуществлении захвата на лету груза 17, который метают посредством первого мобильного робота 1, при котором захватное устройство 3 второго мобильного робота 1 открыто и расположено так, что расчетная точка захвата на лету образца груза 17 находится в зоне захвата этого образца груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1;
- параметры, расчетных расположений (по отношению к глобальной системе координат) двух видеокамер 9, двух рук 11 робота и двух запястий 10 робота, размещенных на мобильной платформе 2 второго мобильного робота 1, и на которых установлены две видеокамеры 9, при которых изображения, получаемые через эти две видеокамеры 9, содержат изображения всех точек, включая точку захвата, принадлежащих расчетной траектории 34 свободного полета метаемого образца груза 17, и которые вычислены экспериментально, с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения.
При этом расчетную точку отрыва образца груза 17 выбирают принадлежащей пространству, ометаемому центральной точкой запястья 4 (на котором установлено захватное устройство 3) первого мобильного робота 1, при расположении мобильной платформы 2 первого мобильного робота 1, когда он перемещен в расположение при осуществлении метания образца груза посредством первого мобильного робота 1. При этом расчетную точку захвата образца груза 17 на лету выбирают принадлежащей пространству, ометаемому центральной точкой запястья 4 (на котором установлено захватное устройство 3) второго мобильного робота 1, при расположении мобильной платформы 2 второго мобильного робота 1, когда он перемещен в расположение при осуществлении захвата на лету образца груза 17, который метают посредством первого мобильного робота 1.
Коэффициент сопротивления воздуха К, соответствующий движению этого образца груза 17 с заданной начальной скоростью, вычислен экспериментально, например, с использованием видеозаписи метания образца груза 17 с заданной начальной скоростью, под углом к горизонту.
Таким образом, для определения параметров расчетной траектории 34 перемещения метаемого образца груза 17 в фазе свободного полета выполняют совокупность следующих действий.
Сначала для образца груза 17 и для каждой пары расположений двух мобильных роботов 1, по отношению к глобальной системе координат (то есть расположения первого мобильного робота 1, при осуществлении метания грузов 17 и соответствующего ему расположению второго мобильного робота 1, при осуществлении захвата грузов 17 на лету), задают следующие начальные условия: расчетные координаты точки отрыва образца груза 17, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты точки захвата образца груза 17 на лету, вычисленные в глобальной системе координат, расчетную длительность свободного полета образца груза 17, равную, например, 1,5 с, и задают расчетный момент отрыва образца груза 17 от захватного устройства 3 при его метании. При этом определяют вертикальную плоскость, проходящую через расчетную точку отрыва образца груза 17 и расчетную точку захвата образца груза 17 на лету, то есть плоскость, в которой находятся точки расчетной траектории 34 перемещения в фазе свободного полета центра масс метаемого образца груза 17. В этой плоскости вводят декартову прямоугольную систему координат, в которой первая координатная ось находится в горизонтальной плоскости, перпендикулярно направлению силы тяжести, и вторая координатная ось направлена вертикально вверх, то есть направлена противоположно направлению силы тяжести, и в качестве начала этой системы координат выбирают расчетную точку отрыва образца груза 17.
Затем, с помощью специальных программ, вычисляют приближенное решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с граничными условиями (3) и заданными параметрами образца груза 17, посредством которой описывают расчетную траекторию 34 перемещения в фазе свободного полета центра масс метаемого образца груза 17 в вертикальной плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза 17 и расчетную точку захвата образца груза 17 на лету, при этом используют метод пристрелки для краевых задач системы обыкновенных дифференциальных уравнений. При этом, в системе обыкновенных дифференциальных уравнений (1), в качестве значения параметра m задают массу метаемого образца груза 17, в качестве значения параметра К задают значение коэффициента сопротивления воздуха, соответствующее этому образцу груза 17. При этом, в граничных условиях (3), в качестве значения параметра Т задают расчетный момент отрыва образца груза 17 от захватного устройства при его метании, в качестве значения параметра L задают сумму: значения параметра Т и заданной расчетной длительности свободного полета образца груза 17, в качестве значений параметров А и В задают расчетные координаты точки отрыва образца груза 17, вычисленные в системе координат, введенной в вертикальной плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза 17 и расчетную точку захвата образца груза 17 на лету, в качестве значений параметров Е и G задают расчетные координаты точки захвата образца груза 17 на лету, вычисленные в системе координат, введенной в вертикальной плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза 17 и расчетную точку захвата образца груза 17 на лету. В частности, вычисляют совокупность значений приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с граничными условиями (3) для следующих 1001 значений независимого переменного t:
w
0
t=T+h⋅0,001⋅w,
где:
w
t - значение независимого переменного t, то есть заданный расчетный момент времени, наступающий после расчетного момента отрыва этого образца груза 17 от захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 при метании, с;
w - порядковый номер значения независимого переменного t, то есть целое число, принимающее все значения от 0 до 1000;
Т - расчетный момент времени, в который центр масс образца груза 17 находится в точке отрыва при метании этого образца груза 17, с;
0
h - заданная расчетная длительность свободного полета образца груза 17, с.
w
w
w
w
Таким образом, находят совокупность значений приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с граничными условиями (3), которые имеют вид: (x(t), y(t), u(t), v(t)) для целого числа w, принимающего все значения от 0 до 1000. Система обыкновенных дифференциальных уравнений (1) является автономной. Поэтому, при изменении начального расчетного момента Т отрыва образца груза 17 от захватного устройства и расчетного момента захвата на лету этого образца груза 17, на одну и ту же величину S, вычисленную совокупность значений приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с граничными условиями (3), используют для определения приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с граничными условиями (3) с учетом этих измененных начальных данных.
s
1+4⋅w
2+4⋅w
0
1+4⋅w
w
2+4⋅w
w
1+4⋅w
2+4⋅w
1+6⋅w
2+6⋅w
3+6⋅w
3+4⋅w
4+4⋅w
0
3+4⋅w
w
4+4⋅w
w
3+4⋅w
4+4⋅w
4+6⋅w
5+6⋅w
6+6⋅w
Таким образом, вычисляют упорядоченную последовательность 4004 чисел {H} (для всех целых чисел s от 1 до 4004), которые представляют собой расчетные координаты точек и расчетные координаты векторов, вычисленные в системе координат, установленной для вертикальной плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза 17 и расчетную точку захвата образца груза 17 на лету. При этом числа H, Н (для всех целых чисел w от 0 до 1000) - это упорядоченная пара чисел, представляющих собой расчетные координаты центра масс метаемого образца груза 17 в расчетный момент времени, наступающий после расчетного момента отрыва этого образца груза 17 от захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 при метании, через промежуток времени, равный произведению трех чисел: числа w, числа h и числа 0,001. При этом число H равно числу x(t), число H равно числу y(t) (для всех целых чисел w от 0 до 1000). Затем для каждой точки, задаваемой упорядоченной парой чисел H, H (для всех целых чисел w от 0 до 1000), вычисляют координаты этой точки в глобальной системе координат в виде упорядоченной тройки чисел: h, h, h. При этом числа H, H (для всех целых чисел w от 0 до 1000) - это упорядоченная пара чисел, представляющая собой расчетные координаты вектора скорости центра масс метаемого образца груза 17 в расчетный момент времени, наступающий после расчетного момента отрыва этого образца груза 17 от захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 при метании, через промежуток времени, равный произведению трех чисел: числа w, числа h и числа 0,001. При этом число Н равно числу u(t), число Н равно числу v(t) (для всех целых чисел w от 0 до 1000). Затем для каждого вектора, задаваемого упорядоченной парой чисел Н, Н (для всех целых чисел w от 0 до 1000), вычисляют координаты этого вектора в глобальной системе координат в виде упорядоченной тройки чисел: h, h, h.
n
0
Таким образом вычисляют параметры расчетной траектории 34 перемещения центра масс метаемого образца груза 17 в фазе свободного полета, которые представляют собой упорядоченную последовательность 6007 чисел {h} (для всех целых чисел п от 0 до 6006), и где первое число h - это заданная расчетная длительность свободного полета образца груза 17, и остальные 6006 чисел представляют собой, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты центра масс метаемого образца груза 17 и расчетные координаты вектора скорости центра масс метаемого образца груза 17 в соответствующие расчетные моменты времени.
1
2
3
4
5
6
6001
6002
6003
6004
6005
6006
В частности, упорядоченная тройка чисел: h, h, h - это, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты центра масс метаемого образца груза 17 в расчетный момент отрыва от захватного устройства 3, и упорядоченная тройка чисел: h, h, h - это, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты вектора скорости центра масс метаемого образца груза 17 в расчетный момент отрыва от захватного устройства 3. В частности, упорядоченная тройка чисел: h, h, h - это, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты центра масс метаемого образца груза 17 в расчетный момент захвата на лету, и упорядоченная тройка чисел: h, h, h - это, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты вектора скорости центра масс метаемого образца груза 17 в расчетный момент захвата на лету. На этом вычисление параметров расчетной траектории 34 перемещения метаемого образца груза 17 в фазе свободного полета завершают.
Параметры расчетной линии перемещения метаемого образца груза 17 в фазе разгона определяют следующим образом. Осуществление фазы разгона образца груза 17 производят посредством осуществления качательного движения руки 5 робота, которое выполняют посредством вращательного шарнира этой руки 5 робота. Таким образом, центр масс метаемого образца груза 17 в фазе разгона перемещают по дуге окружности, при этом эта окружность проходит через расчетную точку отрыва образца груза 17 от захватного устройства 3, так, что расчетный вектор скорости центра масс метаемого образца груза 17 в расчетный момент отрыва от захватного устройства 3, отложенный от расчетной точки отрыва образца груза 17 от захватного устройства 3, направлен по касательной к этой окружности. Затем задают расчетное расстояние (равное, например, 0,8 м) между центром масс метаемого образца груза 17 при удержании этого образца груза 17 захватным устройством 3 и осью вращения вращательного шарнира руки 5 робота при осуществлении фазы разгона. Затем определяют вертикальную плоскость, проходящую через расчетную точку отрыва образца груза 17 от захватного устройства 3, параллельно расчетному вектору скорости центра масс метаемого образца груза 17 в расчетный момент отрыва от захватного устройства 3, то есть плоскость, в которой находятся точки расчетной линии перемещения центра масс метаемого образца груза 17 в фазе разгона. Затем определяют, относительно глобальной системы координат, расчетное расположение центра окружности, по дуге которой перемещают центр масс метаемого образца груза 17 в фазе разгона. Затем определяют эту дугу (которая меньше полуокружности) этой окружности посредством определения координат (относительно глобальной системы координат) двух точек этой окружности, первую из которых выбирают принадлежащей этой окружности так, что эта точка и центр окружности принадлежат одной и той же горизонтальной прямой, и вторая из которых - это расчетная точка отрыва образца груза 17 от захватного устройства 3 в расчетный момент отрыва образца груза 17 от захватного устройства 3, и при этом центральный угол, образуемый этой дугой окружности - тупой. При этом задают расчетную длительность фазы разгона этого образца груза 17, равную, например, 1 с.
Таким образом, начальное расчетное расположение руки 5 робота при осуществлении фазы разгона метаемого образца груза 17 задают так, чтобы ось вращения вращательного шарнира этой руки 5 робота посредством которого осуществляют это качательное движение и центр масс метаемого образца груза 17, находящегося в момент начала фазы разгона, принадлежали одной и той же горизонтальной плоскости.
Осуществление фазы разгона образца груза 17 производят посредством осуществления качательного движения руки 5 робота (из начального расчетного расположения руки 5 робота при осуществлении фазы разгона метаемого образца груза 17), при котором:
- не изменяют расположение оси вращения вращательного шарнира этой руки 5 робота посредством которого осуществляют это качательное движение;
- не перемещают этот вращательный шарнир вдоль оси вращения этого вращательного шарнира;
- располагают вращательный шарнир этой руки 5 робота, посредством которого осуществляют это качательное движение так, чтобы центр масс метаемого образца груза 17 находился в плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза 17 от захватного устройства 3, параллельно расчетному вектору скорости центра масс метаемого образца груза 17 в расчетный момент отрыва от захватного устройства 3;
- не изменяют расстояние между центром масс метаемого образца груза 17 при удержании этого образца груза 17 захватным устройством 3 и осью вращения вращательного шарнира этой руки 5 робота, посредством которого осуществляют это качательное движение, так, что при этом ось вращения этого вращательного шарнира перпендикулярна плоскости, проходящей через расчетную точку отрыва образца груза 17 от захватного устройства 3, параллельно расчетному вектору скорости центра масс метаемого образца груза 17 в расчетный момент отрыва от захватного устройства 3.
Затем, в режиме автоматического функционирования первого мобильного робота 1, с помощью специальных программ, определяют параметры режимов работы приводов руки 5 робота, запястья 4 робота, захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 для осуществления перемещения по расчетной линии метаемого образца груза 17 в фазе разгона, для заданного расчетного момента начала фазы разгона этого образца груза 17 посредством захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 при метании, и для заданной расчетной длительности фазы разгона этого образца груза 17, которая, например, равна 3 с, для обеспечения метания образца груза 17 по расчетной траектории 34 с заданной расчетной начальной скоростью, в заданном расчетном направлении, в заданный расчетный момент времени, посредством осуществления раскрытия захватного устройства 3 так, чтобы центр масс метаемого образца груза 17 был расположен в заданной расчетной точке отрыва от захватного устройства 3, в заданный расчетный момент времени, и расчетная скорость центра масс метаемого образца груза 17 была равна заданной расчетной начальной скорости отрыва этого образца груза 17 от захватного устройства 3, в заданный расчетный момент времени, с учетом расположения мобильной платформы 2 первого мобильного робота 1 в расположении при осуществлении для метания груза 17. При этом учитывают погрешность отработки траектории движения руки 5 робота, запястья 4 робота и захватного устройства 3 первого мобильного робота 1. При этом определяют расчетный момент времени начала фазы разгона образца груза 17, предшествующий заданному расчетному моменту времени раскрытия захватного устройства 3.
Затем, в режиме автоматического функционирования второго мобильного робота 1, с помощью специальных программ, определяют параметры режимов работы приводов руки 5 робота, запястья 4 робота, захватного устройства 3 второго мобильного робота 1 для осуществления перемещения руки 5 робота, запястья 4 робота, захватного устройства 3 второго мобильного робота 1 в такое расположение, при котором заданная расчетная точка захвата метаемого образца груза 17 принадлежит зоне захвата этого образца груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1, с учетом расположения мобильной платформы 2 второго мобильного робота 1 при осуществлении захвата на лету образца груза 17. При этом учитывают погрешности отработки траектории движения руки 5 робота, запястья 4 робота и захватного устройства 3 второго мобильного робота 1.
Затем, в режиме автоматического функционирования второго мобильного робота 1, с помощью специальных программ, определяют параметры расположения двух видеокамер 9, размещенных на мобильной платформе 2 второго мобильного робота 1, и параметры расположения двух рук 11 робота и двух запястий 10 робота, на которых эти видеокамеры 9 размещены, так, чтобы изображения, получаемые через эти видеокамеры 9, содержали изображения всех точек, включая расчетную точку захвата, принадлежащих расчетной траектории 34 свободного полета метаемого образца груза 17, и которые вычисляют экспериментально, с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения.
Затем тарно-штучные грузы 17 вручную размещают в местах хранения. Размещение грузов 17 на полках производят без свесов. Информацию о наименовании размещенных грузов и соответствующих им адресах мест хранения размещают в компьютере 21 пункта управления 20 на устройстве хранения информации 22, с применением программирования ручного ввода данных, с использованием устройства ввода 24. Затем выполняют обмер помещения склада тарно-штучных грузов (вместе с содержимым этого помещения) и выполняют построение трехмерной модели помещения этого склада (вместе с содержимым этого помещения) посредством использования 3D-сканера. Информацию, которая содержит параметры этой трехмерной модели, размещают в компьютере 21 пункта управления 20 на устройстве хранения информации 22, посредством использования устройства ввода 24. Затем определяют параметры проездов 26, 30 для первого и второго мобильных роботов 1. Затем определяют параметры линий возможных перемещений мобильных платформ 2 первого и второго мобильных роботов 1 по соответствующему проезду. В зоне комплектации 25, по отношению к глобальной системе координат, определяют параметры расположения второго мобильного робота 1 при осуществлении сбрасывания грузов 17 посредством второго мобильного робота 1.
Для каждого места хранения на каждой полке каждого стеллажа 13 определяют параметры, соответствующие этому месту хранения.
Для каждого груза 17, который размещают в соответствующем месте хранения, определяют параметры, совпадающие с параметрами образца груза 17, который соответствует этому грузу 17.
Для каждого груза 17 и для соответствующего ему месту хранения, в котором размещают этот груз 17, определяют параметры метания образца груза 17 и захвата на лету этого груза 17, соответствующие этому грузу 17 и этому месту хранения.
При этом для зоны комплектации 25, по отношению к глобальной системе координат, определяют параметры расположения второго мобильного робота 1 при осуществлении сбрасывания грузов 17 посредством второго мобильного робота 1.
При этом для каждого груза 17, размещенного в определенном месте хранения, на компьютере 21 пункта управления 20, с помощью специальных программ, определяют параметры расчетной траектории 34 перемещения центра масс этого груза 17 в фазе свободного полета при его метании посредством первого мобильного робота 1.
Информацию, которая содержит все определенные параметры, размещают в компьютере 21 пункта управления 20 на устройстве хранения информации 22, с применением программирования ручного ввода данных, с использованием устройства ввода 24.
Затем размещают первый мобильный робот 1 в проезде 30, предназначенном для отбора грузов 17 из мест хранения и метания грузов 17. Затем размещают второй мобильный робот 1 в проезде 26, предназначенном для захвата грузов 17 на лету и транспортировки грузов 17 в зону комплектации 25. При этом информацию, представляющую параметры начального расположения мобильных роботов 1 размещают в компьютере 21 пункта управления 20 на устройстве хранения информации 22, посредством использования устройства ввода 24. Затем осуществляют функционирование беспроводной локальной компьютерной сети на основе технологии Wi-Fi, к которой подключают, в качестве узлов компьютерной сети, компьютер 21 пункта управления 20 и бортовые компьютеры 6 первого и второго мобильных роботов 1. При этом, с помощью специальных программ, устанавливают и непрерывно поддерживают системное время с осуществлением синхронизации с сервером точного времени на компьютере 21 пункта управления 20 и бортовых компьютерах 6 первого и второго мобильных роботов 1, в режиме автоматического функционирования этих роботов 1, с использованием специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы параллельных вычислений. При этом в качестве сервера точного времени устанавливают компьютер 21 пункта управления 20.
Затем всю информацию, относящуюся к этому складу, размещенную в компьютере 21 пункта управления 20 на устройстве хранения информации 22, передают через беспроводную локальную компьютерную сеть на основе технологии Wi-Fi от компьютера 21 пункта управления 20 на бортовые компьютеры 6 первого и второго мобильных роботов 1.
Отбор грузов 17 из мест хранения и перемещение их в зону комплектации 25 осуществляют следующим образом. На компьютере 21 пункта управления 20, с применением программирования ручного ввода данных, с использованием устройства ввода 24, вводят наименование груза 17, который будут отбирать из места хранения и перемещать в зону комплектации 25. Затем на компьютере 21 пункта управления 20, с помощью специальных программ, в режиме автоматического функционирования этого пункта управления 20, по этому наименованию груза 17 находят хотя бы один адрес места хранения груза 17 с этим наименованием, и передают, в режиме автоматического функционирования этого пункта управления 20, этот адрес на бортовые компьютеры 6 первого и второго мобильных роботов 1 через беспроводную локальную компьютерную сеть на основе технологии Wi-Fi.
Затем на бортовых компьютерах 6 первого и второго мобильных роботов 1, посредством их автоматического функционирования, через беспроводную локальную компьютерную сеть на основе технологии Wi-Fi, получают адрес места хранения, из которого будут отбирать груз 17.
Затем на бортовых компьютерах 6 первого и второго мобильных роботов 1, посредством их автоматического функционирования, определяют:
- параметры этого места хранения;
- параметры груза 17, размещенного в этом месте хранения;
- параметры метания этого груза 17 и захвата на лету этого груза 17, соответствующие этому грузу 17 и этому месту хранения.
Затем на бортовом компьютере 6 первого мобильного робота 1, посредством его автоматического функционирования, определяют:
- параметры линий, вдоль которых будут перемещать мобильную платформу 2 первого мобильного робота 1 по соответствующему проезду 30 для перемещения: а) из текущего расположения первого мобильного робота 1 в расположение при осуществлении отбора этого груза 17 из этого места хранения, б) из расположения первого мобильного робота 1 при осуществлении отбора этого груза 17 из этого места хранения в расположение при осуществлении метания этого груза 17, отобранного из этого места хранения;
- параметры расположения (по отношению к системе координат мобильной платформы 2 первого мобильного робота 1) руки 5 робота, запястья 4 робота, захватного устройства 3 при удержании этого груза 17 при осуществлении транспортировки этого груза 17 посредством автоматического функционирования первого мобильного робота 1.
Затем на бортовом компьютере 6 второго мобильного робота 1, с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, и с применением программного обеспечения встроенных систем реального времени, предназначенного для управления в режиме реального времени рукой робота, запястьем робота, захватным устройством, всенаправленным мобильным механизмом, посредством его автоматического функционирования, определяют:
- параметры линий, вдоль которых будут перемещать мобильную платформу 2 второго мобильного робота 1 по соответствующему проезду 26 для перемещения: а) из текущего расположения второго мобильного робота 1 в расположение при осуществлении захвата на лету этого груза 17, отобранного из этого места хранения, б) из расположения второго мобильного робота 1 в расположение при осуществлении захвата на лету этого груза 17, отобранного из этого места хранения, в расположение второго мобильного робота 1 при осуществлении сбрасывания этого груза 17 посредством второго мобильного робота 1;
- параметры расположения (по отношению к системе координат мобильной платформы 2 второго мобильного робота 1) руки 5 робота, запястья 4 робота, захватного устройства 3 при удержании этого груза 17 при осуществлении транспортировки этого груза 17 посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1.
Затем первый мобильный робот 1, посредством его автоматического функционирования, перемещают (по соответствующему проезду 30, вдоль соответствующей линии) в расположение при осуществлении захвата груза 17, размещенного в этом месте хранения. Захват этого груза 17 посредством автоматического функционирования первого мобильного робота 1 осуществляют следующим образом. Сначала осуществляют расположение двух видеокамер 9 в соответствии с параметрами, соответствующими этому месту хранения, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота 1. Для этого, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота 1, осуществляют расположение двух видеокамер 9, размещенных на мобильной платформе 2 первого мобильного робота 1 посредством перемещения двух рук 11 робота и двух запястий 10 робота, на которых они размещены, так, чтобы изображения, получаемые через эти видеокамеры 9, содержали изображение этого места хранения, и следовательно, изображение груза 17, который размещен в этом месте хранения. При этом бортовой компьютер 6 первого мобильного робота 1, с помощью специальных программ, настраивают, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота 1, на получение изображений от двух видеокамер 9, размещенных на мобильной платформе 2 первого мобильного робота 1, и на обработку полученных изображений для распознавания груза 17 и его реального пространственного расположения, с помощью специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения. Затем, на бортовом компьютере 6 первого мобильного робота 1 получают изображения этого места хранения и груза 17, размещенного в этом месте хранения, и распознают этот груз 17 и его пространственное расположение.
Затем, на бортовом компьютере 6 первого мобильного робота 1 определяют с применением специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, и с применением программного обеспечения встроенных систем реального времени, предназначенного для управления в режиме реального времени рукой робота, запястьем робота, захватным устройством, всенаправленным мобильным механизмом, посредством преобразования координат, параметры расположения, относительно глобальной системы координат, захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 при осуществлении надежного захвата этого груза 17, размещенного в этом месте хранения, в момент перед закрытием этого захватного устройства 3, то есть соответствующие координаты начала системы координат захватного устройства 3 первого мобильного робота 1, вычисленные в глобальной системе координат, и соответствующие координаты единичных векторов всех трех осей системы координат захватного устройства 3 первого мобильного робота 1, вычисленные в глобальной системе.
Перед захватом груза 17 из этого места хранения открывают захватное устройство 3 первого мобильного робота 1, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота 1. Затем для этого груза 17, соответствующего определенному образцу груза 17, и для этого места хранения, с помощью специальных программ, определяют параметры режимов работы руки 5 робота, запястья 4 робота и захватного устройства 3 первого мобильного робота 1, для осуществления расположения захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 при осуществлении надежного захвата этого груза 17, размещенного в этом месте хранения, в момент перед закрытием этого захватного устройства 3. Затем, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота 1, осуществляют это расположение захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 при осуществлении надежного захвата этого груза 17, размещенного в этом месте хранения, в момент перед закрытием этого захватного устройства 3, и после этого закрывают захватное устройство 3 первого мобильного робота 1, тем самым осуществляют захват груза 17 из этого места хранения и удержание его посредством захватного устройства 3 первого мобильного робота 1. Затем перемещают это захватное устройство 3, вместе с удерживаемым грузом 17, по направлению к мобильной платформе 2 первого мобильного робота 1, и осуществляют расположение руки 5 робота, запястья 4 робота, захватного устройства 3 при удержании этого груза 17 при осуществлении транспортировки этого груза 17 посредством этого мобильного робота 1.
Затем первый мобильный робот 1 перемещают (по соответствующему проезду 30, вдоль соответствующей линии), посредством его автоматического функционирования, в расположение при осуществлении метания груза 17, отобранного из этого места хранения. Затем второй мобильный робот 1 перемещают (по соответствующему проезду 26, вдоль соответствующей линии), посредством его автоматического функционирования, в расположение при осуществлении захвата на лету груза 17, отобранного из этого места хранения.
Затем осуществляют расположение двух видеокамер 9, размещенных на мобильной платформе 2 второго мобильного робота 1 посредством перемещения двух рук 11 робота и двух запястий 10 робота, на которых они размещены, так, чтобы изображения, получаемые через эти видеокамеры 9, содержали изображение всех точек, принадлежащих расчетной траектории 34 свободного полета этого груза 17, который метают посредством первого мобильного робота 1, включая заданную точку захвата, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1. При этом бортовой компьютер 6 второго мобильного робота 1 настраивают на получение изображений от двух видеокамер 9, размещенных на мобильной платформе 2 второго мобильного робота 1, и на обработку полученных изображений для распознавания метаемого груза 17 и его реального пространственного расположения, с учетом времени, необходимого для получения и обработки изображений метаемого груза 17, с помощью специальных программ, посредством которых реализуют алгоритмы компьютерного зрения, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1. Затем от бортового компьютера 6 второго мобильного робота 1 передают на бортовой компьютер 6 первого мобильного робота 1 (через беспроводную локальную компьютерную сеть на основе технологии Wi-Fi), посредством автоматического функционирования первого и второго мобильных роботов 1, сообщение о готовности второго мобильного робота 1 к захвату на лету этого груза 17.
Затем осуществляют, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота 1, начальное расчетное расположение первого мобильного робота 1 при осуществлении размещения метаемого груза 17 в начальном положении при начале фазы разгона.
Затем, на бортовом компьютере 6 первого мобильного робота 1, с помощью специальных программ, определяют расчетный момент начала фазы разгона этого груза 17 (для обеспечения метания этого груза 17 по расчетной траектории 34 посредством первого мобильного робота 1), и расчетный момент отрыва метаемого груза 17 от захватного устройства 3 первого мобильного робота 1, и эту информацию передают на бортовой компьютер 6 второго мобильного робота 1 (через беспроводную локальную компьютерную сеть на основе технологии Wi-Fi), посредством автоматического функционирования первого и второго мобильных роботов 1. Затем осуществляют разгон этого груза 17 и метание этого груза 17 по расчетной траектории 34, посредством автоматического функционирования первого мобильного робота 1 (в соответствии с параметрами метания этого груза 17 и захвата на лету этого груза 17, соответствующими этому грузу 17 и этому месту хранения). На бортовом компьютере 6 второго мобильного робота 1 получают изображения через две видеокамеры 9, и производят обработку полученных изображений в режиме реального времени, и распознают метаемый груз 17 и его реальное пространственное расположение, с учетом времени, необходимого для получения и обработки изображений метаемого груза 17, в частности, получают, в режиме реального времени, информацию о расположении и скорости центра масс метаемого груза 17, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1. При этом применяют специальные программы, посредством которых реализуют алгоритмы параллельных вычислений, посредством которых производят в режиме реального времени обработку одновременно нескольких изображений, получаемых через две видеокамеры, и при этом управляют работой мобильного робота, в частности, управляют перемещениями руки робота, запястья робота и захватного устройства.
При этом учитывают то, что при метании груза 17 этот груз может отклониться от расчетной траектории 34 перемещения. Для того, чтобы осуществить захват на лету этого груза 17 при возможном отклонении этого груза 17 от расчетной траектории 34 перемещения, выполняют следующую совокупность действий, предназначенную для осуществления захвата на лету этого груза 17, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, которая состоит из совокупности действий А1 и совокупности действий А2, которые выполняют параллельно, посредством реализации параллельных вычислений, и посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, в режиме реального времени. При этом эти действия выполняют, с помощью специальных программ, в режиме реального времени, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, после отрыва метаемого груза 17 от захватного устройства 3 первого мобильного робота 1. При этом учитывают то, что в случае, если метаемый груз 17 не захвачен на лету посредством второго мобильного робота 1 в течении, например, 10 с после отрыва метаемого груза 17 от захватного устройства 3 первого мобильного робота 1, то осуществить захват на лету этого груза 17, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1 при этих обстоятельствах невозможно. При этом начала выполнения совокупности действий А1 и совокупности действий А2 совпадают с расчетным моментом отрыва метаемого груза 17 от захватного устройства 3 первого мобильного робота 1.
Совокупность действий А1 (ее описание состоит из описаний шагов 1-2) следующая:
Шаг 1. Выполняют параллельно, посредством реализации параллельных вычислений, и посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, в режиме реального времени, следующие две совокупности действий, обозначенные через 1.1. и 1.2. (при этом совокупность действий 1.1. состоит из шагов 1а и 16):
Совокупность действий 1.1. следующая:
Шаг 1а. На бортовом компьютере 6 второго мобильного робота 1 по получаемым изображениям вычисляют (в глобальной системе координат) координаты центра масс метаемого груза 17 в текущий момент времени (при этом точку, которая имеет эти вычисленные координаты, обозначают через J), координаты вектора скорости центра масс метаемого груза 17 в текущий момент времени (при этом вектор, который имеет эти вычисленные координаты, обозначают через F), и при этом определяют текущий момент времени Q, в который вычислили координаты центра масс метаемого груза 17. При этом, посредством реализации параллельных вычислений, осуществляют локализацию второго мобильного робота 1 и определяют параметры зоны захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1 (относительно глобальной системы координат). Затем, с помощью специальных программ, определяют, принадлежит ли точка J зоне захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1. Затем, если точка J принадлежит зоне захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1, то осуществляют захват груза 17 посредством закрытия захватного устройства 3 второго мобильного робота 1 и на этом завершают выполнение совокупности действий, предназначенной для осуществления захвата на лету этого груза 17, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, и осуществляют выход из этого цикла из двух шагов 1-2, прекращая все действия, описанные в шагах 1-2, и прекращая все действия, описанные в совокупности действий А1 и в совокупности действий А2. В случае, если точка J не принадлежит зоне захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1, то далее выполняют следующие действия. Выполняют сравнение расчетного момента отрыва метаемого груза 17 от захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 с моментом времени Q, и если расчетный момент отрыва метаемого груза 17 от захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 отличается от момента времени Q на величину, не меньшую 10 с, то передают на компьютер 21 пункта управления 20 от бортового компьютера 6 второго мобильного робота 1 (через беспроводную локальную компьютерную сеть на основе технологии Wi-Fi) сообщение о неудачной попытке захвата груза 17 на лету, и осуществляют выход из этого цикла из двух шагов 1-2, прекращая все действия, описанные в шагах 1-2, и прекращая все действия, описанные в совокупности действий А1 и в совокупности действий А2. Если расчетный момент отрыва метаемого груза 17 от захватного устройства 3 первого мобильного робота 1 отличается от момента времени Q на величину, меньшую 10 с, то далее выполняют следующие действия.
На бортовом компьютере 6 второго мобильного робота 1 определяют, в режиме реального времени, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, вертикальную плоскость, проходящую через точку J параллельно вектору F. В этой плоскости вводят декартову прямоугольную систему координат, в которой начало координат совпадает с точкой J, и в которой первая координатная ось находится в горизонтальной плоскости, перпендикулярно направлению силы тяжести, и вторая координатная ось направлена вертикально вверх, то есть направлена противоположно направлению силы тяжести.
Затем, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, вычисляют приближенное решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с начальными условиями (2) и заданными параметрами груза 17, посредством которой описывают новую расчетную траекторию перемещения в фазе свободного полета центра масс метаемого груза 17 в вертикальной плоскости, проходящей через точку J параллельно вектору F, при этом используют специальные программы, посредством которых вычисляют приближенные решения задачи Коши для систем обыкновенных дифференциальных уравнений, с применением численных методов. При этом в системе обыкновенных дифференциальных уравнений (1) в качестве значения параметра m задают массу метаемого груза 17, в качестве значения параметра К задают значение коэффициента сопротивления воздуха, соответствующее этому грузу 17. При этом, в начальных условиях (2), в качестве значения параметра Т задают момент времени Q, в качестве значений параметров А и В задают координаты точки J, вычисленные в системе координат, введенной в вертикальной плоскости, проходящей через точку J параллельно вектору F. При этом в начальных условиях (2) в качестве значений параметров С и D задают координаты вектора F, вычисленные в системе координат, введенной в вертикальной плоскости, проходящей через точку J параллельно вектору F. В частности, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, вычисляют новую совокупность значений приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с новыми начальными условиями (2) для следующих 1001 значений независимого переменного t:
w
0
r=Q+h⋅0,001⋅w,
где:
w
r - значение независимого переменного t, то есть расчетный момент времени, наступающий после момента времени Q, определенного на этом шаге 1а, с;
w - порядковый номер значения независимого переменного t, то есть целое число, принимающее все значения от 0 до 1000;
Q - момент времени, в который вычислили координаты центра масс метаемого груза 17 на этом шаге 1а, с;
0
h - заданная расчетная длительность свободного полета груза 17, с.
w
w
w
w
Затем находят новую совокупность значений приближенного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1) с новыми начальными условиями (2), которые имеют вид: (x(r), y(r), u(r), v(r)) для целого числа w, принимающего все значения от 0 до 1000.
s
1+4⋅w
2+4⋅w
0
1+4⋅w
w
2+4⋅w
w
1+4⋅w
2+4⋅w
1+6⋅w
2+6⋅w
3+6⋅w
3+4⋅w
4+4⋅w
0
3+4⋅w
w
4+4⋅w
w
3+4⋅w
4+4⋅w
4+6⋅w
5+6⋅w
6+6⋅w
Таким образом, вычисляют упорядоченную последовательность 4004 чисел {N} (для всех целых чисел s от 1 до 4004), которые представляют собой расчетные координаты точек и расчетные координаты векторов, вычисленные в системе координат, установленной для вертикальной плоскости, проходящей через точку J параллельно вектору F. При этом числа N, N (для всех целых чисел w от 0 до 1000) - это упорядоченная пара чисел, представляющая собой расчетные координаты центра масс метаемого груза 17 в расчетный момент времени, наступающий после момента времени Q, определенного на этом шаге 1а, через промежуток времени, равный произведению трех чисел: числа w, числа h и числа 0,001. При этом число N равно числу x(r), число N равно числу y(r) (для всех целых чисел w от 0 до 1000). Затем для каждой точки, задаваемой координатами N, N (для всех целых чисел w от 0 до 1000), вычисляют координаты этой точки в глобальной системе координат, в виде упорядоченной тройки чисел: p, p, р. При этом числа N, N (для всех целых чисел w от 0 до 1000) - это упорядоченная пара чисел, представляющая собой расчетные координаты вектора скорости центра масс метаемого груза 17 в расчетный момент времени, наступающий после момента времени Q, определенного на этом шаге 1а, через промежуток времени, равный произведению трех чисел: числа w, числа h и числа 0,001. При этом число N равно числу u(r), число N равно числу v(r) (для всех целых чисел w от 0 до 1000). Затем для каждого вектора, задаваемого координатами N, N (для всех целых чисел w от 0 до 1000), вычисляют координаты этого вектора в глобальной системе координат, в виде упорядоченной тройки чисел: p, P, Р.
i
0
0
Таким образом, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, вычисляют параметры новой расчетной траектории перемещения центра масс метаемого груза 17 в фазе свободного полета, которые представляют собой упорядоченную последовательность 6007 чисел {р} (для всех целых чисел i от 0 до 6006), и первое число р, равное числу h - это заданная расчетная длительность свободного полета груза 17, и остальные 6006 чисел представляют собой, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты центра масс метаемого груза 17 и расчетные координаты вектора скорости центра масс метаемого груза 17 в соответствующие расчетные моменты времени.
1
2
3
4
5
6
В частности, упорядоченная тройка чисел: р, р, р - это, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты точки J, и упорядоченная тройка чисел: р, p, p - это, вычисленные в глобальной системе координат, расчетные координаты вектора F.
1+6⋅q
2+6⋅q
3+6⋅q
Затем на бортовом компьютере 6 второго мобильного робота 1 среди 1001 расчетных точек с расчетными координатами вида: p, p, р (для всех целых чисел q от 0 до 1000), посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, с помощью специальных программ, определяют расчетную точку (которую обозначают через R), которая находится на минимальном расстоянии от зоны захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1, параметры которой (в глобальной системе координат) вычислены на этом шаге 1а. На этом шаг 1а завершают и переходят к шагу 1б.
Шаг 1б. Определяют, принадлежит ли точка R, определенная на шаге 1а, пространству, ометаемому центральной точкой запястья 4 (на котором установлено захватное устройство 3) второго мобильного робота 1, при расположении мобильной платформы 2 второго мобильного робота 1, когда он перемещен в расположение при осуществлении захвата на лету груза 17, который метают посредством первого мобильного робота 1. Если точка R не принадлежит этому пространству, то шаг 1б завершают и переходят на шаг 1а. Если точка R принадлежит этому пространству, то определяют, выполняли ли хотя бы один раз шаг 2. И затем выполняют следующее.
Если шаг 2 ни разу не выполняли, то определяют, принадлежит ли точка R зоне захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1, параметры которой (в глобальной системе координат) вычислены на этом шаге 1а, и если принадлежит, то переходят на шаг 1а (при этом завершая этот шаг 1б), и если не принадлежит, то шаг 1б завершают, и завершают этот шаг 1, и переходят на шаг 2, завершая совокупность действий 1.1. (и, следовательно, завершая совокупность действий 1.2., если на этот момент эта совокупность действий 1.2. еще не завершена).
В случае, если шаг 2 хотя бы один раз выполняли, то, с помощью специальных программ, в режиме реального времени, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1 выполняют следующее. Определяют, принадлежит ли точка R, определенная на шаге 1а, зоне захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1, параметры которой (в глобальной системе координат) вычислены при последнем выполнении шага 2 этого цикла из двух шагов (в случае если шаг 2 хотя бы один раз выполняли), и если принадлежит, то шаг 1б завершают и переходят на шаг 1а, и если не принадлежит, то шаг 1б завершают, и завершают этот шаг 1, и переходят на шаг 2, завершая совокупность действий 1.1. (и, следовательно, завершая совокупность действий 1.2., если на этот момент эта совокупность действий 1.2. еще не завершена).
Совокупность действий 1.2. следующая:
Определяют, выполняли ли хотя бы один раз шаг 2. Если шаг 2 ни разу не выполняли, то совокупность действий 1.2. завершают. Если шаг 2 хотя бы один раз выполняли, то начинают выполнять перемещение второго мобильного робота 1 (посредством выполнения соответствующей программы задач), соответствующее последнему выполнению шага 2 этого цикла из двух шагов. Затем, либо это перемещение продолжают выполнять до полного завершения этого перемещения (посредством полного выполнения соответствующей программы задач, и при этом завершая совокупность действий 1.2.), до наступления момента завершения совокупности действий 1.1. этого шага 1, либо это перемещение продолжают выполнять и останавливают его (не осуществив полное выполнение соответствующей программы задач, и при этом завершая совокупность действий 1.2.) в момент завершения совокупности действий 1.1. этого шага 1.
Шаг 2. Определяют новые параметры новой зоны захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1 (относительно глобальной системы координат) такой, чтобы расчетная точка R, определенная на шаге 1, принадлежала этой новой зоне захвата. Затем, с помощью специальных программ, в режиме реального времени, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, осуществляют локализацию второго мобильного робота 1. Затем определяют параметры режимов работы приводов этого мобильного робота 1 для осуществления перемещения из этого, определенного посредством локализации, текущего расположения второго мобильного робота 1 в такое расположение, при котором точка R, определенная на шаге 1, принадлежит этой новой зоне захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1. При этом создают, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, новую программу задач для перемещения второго мобильного робота 1, которая содержит набор инструкций для перемещения второго мобильного робота 1 в такое расположение, при котором точка R, определенная на шаге 1, принадлежит этой новой зоне захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1. При этом полное выполнение этой новой программы задач означает то, что второй мобильный робот 1 перемещен в такое расположение, при котором точка R, определенная на шаге 1, принадлежит этой новой зоне захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1. На этом шаг 2 завершают и переходят на шаг 1. На этом описание совокупности действий А1 завершено.
Совокупность действий А2 (ее описание состоит из описаний шагов 2.1. и 2.2.) следующая:
2
Шаг 2.1. На бортовом компьютере 6 второго мобильного робота 1 по получаемым изображениям вычисляют (в глобальной системе координат) координаты центра масс метаемого груза 17 в текущий момент времени (при этом точку, которая имеет эти вычисленные координаты, обозначают через J). При этом, посредством реализации параллельных вычислений, осуществляют локализацию второго мобильного робота 1 и определяют параметры зоны захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1 (относительно глобальной системы координат). На этом завершают шаг 2.1. и переходят на шаг 2.2.
2
2
2
Шаг 2.2.: С помощью специальных программ, определяют, принадлежит ли точка J этой зоне захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1. Затем, если точка J принадлежит этой зоне захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1, то осуществляют захват груза 17 посредством закрытия захватного устройства 3 второго мобильного робота 1 и на этом завершают выполнение совокупности действий, предназначенной для осуществления захвата на лету этого груза 17, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, прекращая все действия, описанные в шагах 2.1. и 2.2., и прекращая все действия, описанные в совокупности действий А1 и в совокупности действий А2. В случае, если точка J не принадлежит этой зоне захвата этого груза 17 посредством захватного устройства 3 второго мобильного робота 1, то завершают выполнение шага 2.2. и переходят на шаг 2.1. На этом описание совокупности действий А2 завершено.
Таким образом, осуществляют метание груза 17 посредством первого мобильного робота 1 и захват на лету этого груза 17 посредством второго мобильного робота 1, посредством автоматического функционирования первого и второго мобильных роботов 1. После осуществления захвата на лету груза 17 посредством второго мобильного робота 1, осуществляют удержание этого груза 17 и осуществляют, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1, расположение руки 5 робота, запястья 4 робота, захватного устройства 3 при удержании этого образца груза 17 при осуществлении транспортировки этого образца груза 17 посредством этого мобильного робота 1. После этого второй мобильный робот 1, посредством его автоматического функционирования, вместе с удерживаемым грузом 17, перемещают (по соответствующему проезду 26, вдоль соответствующей линии) в зону комплектации 25, в расположение при осуществлении сбрасывания грузов в контейнер, посредством второго мобильного робота 1. Затем осуществляют сбрасывание груза 17 в контейнер 19 посредством раскрытия захватного устройства 3 второго мобильного робота 1 в расположении второго мобильного робота 1 при осуществлении сбрасывания грузов 17, посредством автоматического функционирования второго мобильного робота 1. На этом перемещение этого груза 17 из зоны хранения 29 в зону комплектации 25 завершают.