多机器人协同

工业现场常有多台机器人同时工作 — 双机搬运、焊接+上下料组合、多台并联码垛等。Darra 支持在一个项目内配置和管理最多 8 台机器人, 并提供多种协调策略和干涉区管理机制。

协调策略

Darra 支持三种多机器人协调策略, 按耦合程度从高到低排列:

1. 主从协调 (Master-Slave)

一台机器人作为主机器人 (Master), 其他机器人作为从机器人 (Slave)。从机器人的目标位姿相对于主机器人定义, 随主机器人联动。

典型应用:

• 双机搬运 — 两台机器人持同一工件两端, 同步运动
• 焊接变位机 — 变位机 (从) 跟随焊接机器人 (主) 调整工件姿态
• 主手引导 — 示教主手, 从手自动镜像运动

配置:

// 配置主从关系
VAR
    SlaveConfig : MASTER_SLAVE_CONFIG;
END_VAR

SlaveConfig.MasterRobot  := Robot1;
SlaveConfig.SlaveRobot   := Robot2;
SlaveConfig.RelativeFrame := "Part_Frame";  // 从机器人相对主机器人的工件坐标系
SlaveConfig.Mode          := MS_SYNC_POSE;   // 同步模式: 位姿同步

ApplyMasterSlave(SlaveConfig);

运动指令 — 只需编程主机器人, 从机器人自动跟随:

// 只需控制 Robot1, Robot2 自动跟随
MoveL(Target := PickPos, Velocity := 30);          // Robot1 + Robot2 同步
MoveL(Target := PlacePos, Velocity := 20);         // Robot1 + Robot2 同步

2. 平等协调 (Coordinated)

多台机器人共同完成一个任务, 但它们的目标位姿独立编程, 通过耦合约束保证协调 (如同步到达、相对速度保持)。

典型应用:

• 焊接工作站 — 焊接机器人 + 变位机各自运动, 但焊接轨迹要求两者耦合
• 装配 — 一台持工件, 另一台执行装配操作, 需要精确的相对位姿控制

配置:

VAR
    CoordGroup : COORDINATED_GROUP;
END_VAR

// 创建协调组
CoordGroup := CreateCoordGroup(
    Robots      := [Robot1, Robot2],
    Coupling    := COUPLING_TIME,   // 时间耦合: 同步到达路径终点
    Tolerance   := 5.0              // 允许的最大时间偏差 [ms]
);

// 独立编程, 系统保证同步
MoveL(Robot := Robot1, Target := WeldStart,  Velocity := 20);
MoveL(Robot := Robot2, Target := PoserStart, Velocity := 30);

3. 区域划分 (Zone Partition)

每台机器人负责各自的独立工作区, 工作区之间由安全围栏或干涉区分隔。机器人之间不共享空间, 无耦合运动。

典型应用:

• 多台机器人并排码垛 — 每台负责一条传送带
• 同工位分工 — 一台负责左侧焊接, 另一台负责右侧装配

配置:

VAR
    Zone1, Zone2 : WORKSPACE_ZONE;
END_VAR

// 定义机器人各自的工作区
Zone1 := DefineZone(
    Robot  := Robot1,
    Region := {X := [-500, 0], Y := [-300, 300], Z := [0, 1000]},
    Priority := 1
);

Zone2 := DefineZone(
    Robot  := Robot2,
    Region := {X := [0, 500], Y := [-300, 300], Z := [0, 1000]},
    Priority := 2
);

共享工作空间管理

当多台机器人的工作空间重叠时, 必须管理共享工作空间以避免碰撞。

共享空间分类

类型	说明	管理方式
全共享	两台机器人可达空间完全重叠	干涉区 + 时序控制
部分共享	空间有重叠区域	干涉区 + 动态优先级
无共享	空间不重叠	无需管理 (区域划分)

干涉区 (Interlock Zone)

干涉区是共享工作空间中一次只允许一台机器人进入的区域。Darra 提供灵活的干涉区机制:

定义干涉区:

VAR
    ILZone : INTERLOCK_ZONE;
    ILZoneID : INT;
END_VAR

// 定义一个长方体干涉区
ILZone.Shape    := ZONE_BOX;
ILZone.Center   := {X := 200, Y := 0, Z := 500};
ILZone.Size     := {X := 400, Y := 300, Z := 400};
ILZone.Robots   := [Robot1, Robot2, Robot3];
ILZone.Priority := [1, 2, 3];       // Robot1 优先级最高

ILZoneID := RegisterInterlockZone(ILZone);

干涉区逻辑:

1. 机器人进入干涉区前必须申请 RequestInterlock(ZoneID, RobotID)
2. 如果该区无人 → 立即获得许可
3. 如果有人 → 按优先级排队: 高优先级可抢占, 低优先级等待
4. 离开时释放 ReleaseInterlock(ZoneID, RobotID)

SCL 中的干涉区编程:

VAR
    ILZone1 : INT := 1;   // 干涉区 1
    bGranted : BOOL;
END_VAR

// Robot1: 进入干涉区前申请
bGranted := RequestInterlock(Zone := ILZone1, Robot := Robot1, Timeout := 5000);  // 5 秒超时

IF bGranted THEN
    // 进入干涉区执行作业
    MoveL(Target := SharedPickPos, Velocity := 30);
    // ... 作业完成
    ReleaseInterlock(Zone := ILZone1, Robot := Robot1);
ELSE
    Log.Warn('Interlock zone 1 not granted, aborting');
    // 超时未获得 → 走备选路径或报警
END_IF;

干涉区可视化

IDE 3D 视口中, 干涉区以半透明长方体 / 球体 / 自定义凸包显示:

• 绿色: 空闲, 可申请进入
• 黄色: 已占用, 正在被某机器人使用
• 红色: 被高优先级机器人占用, 申请被拒绝
• 灰色: 已禁用

同步与异步模式

同步模式 (Synchronous)

多台机器人同时执行运动指令, 所有运动在同一个 PLC 扫描周期内启动。

// 同步模式: 两台机器人同时开始运动
VAR
    SyncGrp : SYNC_GROUP;
END_VAR

SyncGrp := CreateSyncGroup(Robots := [Robot1, Robot2]);

// 两台机器人各自独立轨迹, 但同一时刻开始
StartSyncGroup(SyncGrp);
MoveL(Robot := Robot1, Target := P1, Velocity := 50);
MoveL(Robot := Robot2, Target := P2, Velocity := 80);
EndSyncGroup(SyncGrp);    // 等待所有机器人完成

异步模式 (Asynchronous)

每台机器人独立执行各自的运动指令, 互不等待。这是默认模式。

// 异步模式: 各自独立执行
MoveL(Robot := Robot1, Target := P1, Velocity := 50);
MoveL(Robot := Robot2, Target := P2, Velocity := 80);
// Robot2 完成时间可能远早于 Robot1, 但不等

等待同步 (WaitFor)

在异步执行中, 可以在关键点强制同步:

// 异步启动, 但在 P1 点等待对方
MoveL(Robot := Robot1, Target := P1, Velocity := 50);
MoveL(Robot := Robot2, Target := P1, Velocity := 80);

WaitForAll(Robots := [Robot1, Robot2]);  // 两者都到 P1 才继续

MoveL(Robot := Robot1, Target := P2, Velocity := 50);
MoveL(Robot := Robot2, Target := P2, Velocity := 80);

多机器人编程示例

示例 1: 双机协同搬运

两台机器人共同搬运一个工件从传送带到料框。

PROGRAM CoPickPlace
VAR
    bGripper1, bGripper2 : BOOL;
    SyncGrp : SYNC_GROUP;
    ILZone  : INT := 1;
END_VAR

// 初始化
SyncGrp := CreateSyncGroup(Robots := [Robot1, Robot2]);

// 同步回到 Home
StartSyncGroup(SyncGrp);
MoveJ(Robot := Robot1, Target := Home1, Speed := 80);
MoveJ(Robot := Robot2, Target := Home2, Speed := 80);
EndSyncGroup(SyncGrp);

// 同步移动到取料上方
StartSyncGroup(SyncGrp);
MoveL(Robot := Robot1, Target := PickApproach1, Velocity := 50);
MoveL(Robot := Robot2, Target := PickApproach2, Velocity := 50);
EndSyncGroup(SyncGrp);

// 同步下降到取料位
StartSyncGroup(SyncGrp);
MoveL(Robot := Robot1, Target := Pick1, Velocity := 20);
MoveL(Robot := Robot2, Target := Pick2, Velocity := 20);
EndSyncGroup(SyncGrp);

// 夹紧工件
bGripper1 := TRUE;
bGripper2 := TRUE;
DELAY 0.3;

// 同步抬起
StartSyncGroup(SyncGrp);
MoveL(Robot := Robot1, Target := PickApproach1, Velocity := 30);
MoveL(Robot := Robot2, Target := PickApproach2, Velocity := 30);
EndSyncGroup(SyncGrp);

// 申请放料干涉区
IF RequestInterlock(Zone := ILZone, Robot := Robot1, Timeout := 3000) THEN
    // 同步移动到放料位
    StartSyncGroup(SyncGrp);
    MoveJ(Robot := Robot1, Target := PlaceApproach1, Speed := 60);
    MoveJ(Robot := Robot2, Target := PlaceApproach2, Speed := 60);
    EndSyncGroup(SyncGrp);

    StartSyncGroup(SyncGrp);
    MoveL(Robot := Robot1, Target := Place1, Velocity := 15);
    MoveL(Robot := Robot2, Target := Place2, Velocity := 15);
    EndSyncGroup(SyncGrp);

    // 松开工件
    bGripper1 := FALSE;
    bGripper2 := FALSE;
    DELAY 0.3;

    ReleaseInterlock(Zone := ILZone, Robot := Robot1);
END_IF;

示例 2: 焊接 + 变位机协调

焊接机器人和变位机协同工作。

PROGRAM WeldCoordinated
VAR
    WeldGroup : COORDINATED_GROUP;
    WeldPoses : ARRAY[1..10] OF ROBOT_POSE;
    i : INT;
END_VAR

// 创建协调组 (时间耦合, 同步到达每个路径点)
WeldGroup := CreateCoordGroup(
    Robots   := [WeldRobot, Positioner],
    Coupling := COUPLING_TIME,
    Tolerance := 5.0
);

// 示教好的焊接路径
FOR i := 1 TO 10 DO
    // 焊接机器人走焊接轨迹, 变位机同步调整工件姿态
    MoveL(Robot := WeldRobot,  Target := WeldPoses[i], Velocity := 15);
    // 变位机自动计算跟随姿态
    MoveL(Robot := Positioner, Target := PoserPoses[i], Velocity := 20);
END_FOR;

性能指标

指标	值
最大机器人数量	8
最大干涉区数量	32
同步组最大成员	8
协调组最大成员	4
干涉区切换延迟	< 2 ms
同步时间偏差	< 1 ms

排错清单

现象	原因	解决
双机搬运不同步	未使用同步组	用 CreateSyncGroup + StartSyncGroup
干涉区申请超时	对方机器人未释放	检查对方程序是否有 ReleaseInterlock
协调组机器人卡住	耦合太紧 (时间容差太小)	增大 Tolerance 到 10~20 ms
区域划分后机器人越界	Zone 定义不完整	在 Zone 外再加安全围栏干涉区
干涉区视觉颜色不变	3D 视口未刷新	刷新视口或重启仿真

最佳实践

1. 能用区域划分就不用干涉区: 区域划分无运行时耦合, 最简单可靠。
2. 干涉区粒度: 一个工作站 3~5 个干涉区足够, 太多增加死锁风险。
3. 超时处理: 干涉区申请必须带 Timeout, 避免死锁卡死整站。
4. 优先级不要平级: 同优先级干涉区容易死锁, 每台机器人应有明确优先级差异。
5. 仿真验证: 多机器人程序必须先在仿真中跑完 100+ 循环, 确认无死锁和碰撞。
6. 急停互锁: 任何一台机器人触发急停, 所有关联机器人必须同时急停。

相关文档

• 碰撞检测
• 机器人使能与急停
• 数字孪生
• 基础仿真
• 机器人诊断