CN110554699A - 机器人的控制***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人的控制***及控制方法，其中，***包括：获取组件，用于获取当前任务的地图信息、路径信息、任务类型和上装执行信息；导航定位组件，用于采集机器人的当前环境信息，并将当前环境信息与地图信息匹配，以识别机器人的当前位置；执行组件；驱动组件，用于根据当前位置、路径信息和任务类型生成移动规划路径，并控制机器人沿着移动规划路径根据上装执行信息控制执行组件执行当前任务。由此，解决了半自动化操作，无法实现全自动化、自动规划路径、自动识别等智能操作，自动化程度较低，使用体验一般等问题。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，特别涉及一种机器人的控制***及控制方法。
背景技术
目前，随着机器人种类不断增多，应用的领域也随之不断增多，如混凝土预制大板生产线、钢筋骨架成型、模板组合与拆卸、大型容器组装、焊接及喷漆、混凝土布料、空调风管检查及清理、外墙饰面检查、地面压光与清扫等领域。相比较于人力施工，机器人不仅可以更快速地执行任务，而且可以更高地精度执行任务，使得建筑结构更持久稳定，更好地融合周边的环境，以提高建筑的使用寿命。
然而，相关技术的机器人只实现半自动化操作，如建筑机器人，即需要人为干预下自动进行工作循环的自动化方式，如在工作机械自动完成一次工作循环之后，将自动关断，所有的机构退回起始位置，由工人卸下加工好的零件(或成品)，装上新的毛坯(或原料)，重新开动工作机械，再次重复自动工作循环，无法实现全自动化、自动规划路径、自动识别等智能操作，自动化程度较低，使用体验一般，亟待改进。
发明内容
本发明提供一种机器人的控制***及控制方法，以解决现有技术中，半自动化操作，无法实现全自动化、自动规划路径、自动识别等智能操作，自动化程度较低，使用体验一般等问题。
本发明第一方面实施例提供一种机器人的控制***，包括：获取组件，用于获取当前任务的地图信息、路径信息、任务类型和上装执行信息；导航定位组件，用于采集机器人的当前环境信息，并将所述当前环境信息与所述地图信息匹配，以识别所述机器人的当前位置；执行组件；驱动组件，用于根据所述当前位置、所述路径信息和所述任务类型生成移动规划路径，并控制所述机器人沿着所述移动规划路径根据所述上装执行信息控制所述执行组件执行所述当前任务。
本发明第二方面实施例提供一种机器人的控制方法，包括以下步骤：获取当前任务的地图信息、路径信息、任务类型和上装执行信息；采集机器人的当前环境信息，并将所述当前环境信息与所述地图信息匹配，以识别所述机器人的当前位置；根据所述当前位置、所述路径信息和所述任务类型生成移动规划路径，并控制所述机器人沿着所述移动规划路径根据所述上装执行信息执行所述当前任务。
将采集的当前环境信息与所述地图信息匹配后，确定机器人的当前位置，并且自动生成移动规划路径，从而控制机器人沿着移动规划路径根据上装执行信息执行当前任务，无需人为干预下，实现全自动化、自动规划路径、自动识别等智能操作，有效提高工作效率，提高机器人的适用性和实用性，高效地执行任务，更高地精度执行任务，简单易实现，有效提升使用体验。由此，解决了半自动化操作，无法实现全自动化、自动规划路径、自动识别等智能操作，自动化程度较低，使用体验一般等问题。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的机器人的控制***的方框示意图；
图2为根据本发明一个实施例的机器人的控制***的结构示意图；
图3为根据本发明一个实施例的机器人的控制***的原理示意图；
图4为根据本发明一个实施例的机器人的控制***的控制流程图；
图5为根据本发明一个实施例的机器人的控制***的任务类型下发流程图；
图6为根据本发明一个实施例的机器人的控制***的上装流程图；
图7为根据本发明实施例的机器人的控制的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的种机器人的控制***及控制方法。针对背景技术中提到的机器人只实现半自动化操作，即需要人为干预下自动进行工作循环的自动化方式，导致无法实现全自动化、自动规划路径、自动识别等智能操作，自动化程度较低，使用体验一般，本发明提供了一种机器人的控制***，在该***中，将采集的当前环境信息与所述地图信息匹配后，确定机器人的当前位置，并且自动生成移动规划路径，从而控制机器人沿着移动规划路径根据上装执行信息执行当前任务，无需人为干预下，实现全自动化、自动规划路径、自动识别等智能操作，有效提高工作效率，提高机器人的适用性和实用性，高效地执行任务，更高地精度执行任务，简单易实现，有效提升使用体验。由此，解决了半自动化操作，无法实现全自动化、自动规划路径、自动识别等智能操作，自动化程度较低，使用体验一般等问题。
图1为根据本发明实施例的机器人的控制***的方框示意图。
具体而言，如图1所示，该机器人的控制***10包括：获取组件100、导航定位组件200、执行组件300和驱动组件400。
其中，获取组件100用于获取当前任务的地图信息、路径信息、任务类型和上装执行信息。
进一步地，在本发明的一个实施例中，获取组件100包括：构建子组件。
其中，构建子组件用于根据建筑工程信息建立建筑工程三维模型，以生成地图信息。
可以理解的是，如图2所示，构建子组件可以为BIM(Building InformationModeling，建筑信息模型化)***，BIM***的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，并利用数字化技术，为模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还可以包含非构件对象(如空间、运动行为)的状态信息。本发明实施例可以借助这个包含建筑工程信息的三维模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为机器人包含喷涂、铺砖、打磨等机器人提供了一个工程信息交换和共享的平台。
进一步地，在本发明的一个实施例中，构建子组件还用于采集当前任务的位置信息和几何信息，并根据位置信息和几何信息生成上装执行信息，或者根据位置信息和几何信息对接收的初始上装执行信息进行优化，得到上装执行信息。
具体而言，本发明实施例就可以摘取构建子组件的建筑构建物工程三维模型与平面图、尺寸图、飘窗阴阳角等位置信息，以及长宽高相关的几何信息，从而为机器人实现精确喷涂、铺砖、打磨等提供最基本的准确信息。
另外，上装执行信息可以预先设置初始的上装执行信息，并且在得到当前任务的实际信息之后，根据位置信息和几何信息对初始上装执行信息进行优化，得到切合实际场景的上装执行信息，或者可以直接根据实际场景(如根据位置信息和几何信息)生成最优的上装执行信息，提高控制的准确度和精确度，有效保证控制的可靠性，提升使用体验。
导航定位组件200用于采集机器人的当前环境信息，并将当前环境信息与地图信息匹配，以识别机器人的当前位置。
进一步地，在本发明的一个实施例中，导航定位组件200包括：至少一个SLAM传感器。
其中，至少一个SLAM(Simultaneous Localization and Mapping，同时定位与地图创建)传感器用于采集机器人的当前环境信息。
例如，如图2所示，导航定位组件200可以为导航定位建图***，其可以由多个SLAM传感器组成，机器人可以根据传感器的信息，一边计算自身位置，一边构建环境地图的过程，解决机器人等在未知环境下运动时的定位与地图构建问题。
需要说明的是，本发明实施例的构建子组件提供的建筑工程三维模型已经储存在控制***10中，因此导航定位组件200主要是完成地图的构建，与建筑工程三维模型进行匹配对比，实时扫描地图并识别环境，不但准确识别机器人的当前位置，而且实现全自动无人化进行机器人工作，无需再去工作场地进行扫图建图，简单易实现。
驱动组件400用于根据当前位置、路径信息和任务类型生成移动规划路径，并控制机器人沿着移动规划路径根据上装执行信息控制执行组件300执行当前任务，如建筑机器人的建筑任务、装修机器人的装修任务、无人仓库的运输任务等。
进一步地，在本发明的一个实施例中，驱动组件400包括：多个驱动电机、驱动器和控制器。
其中，控制器用于根据移动规划路径控制驱动器驱动多个驱动电机工作，并根据上装执行信息和任务类型生成控制指令。
举例而言，如图2所示，驱动组件400可以为盘运动控制***，其主要由底盘运动控制器(即控制器)、底盘伺服电机(即驱动电机)及驱动器、运动学算法组成。具体地，底盘的组成不限于差速轮、全向轮等；正运动学模型(forward kinematic model)可以通过一系列公式，以通过四个轮子的速度计算出底盘的运动状态；而逆运动学模型(inversekinematic model)得到的公式则是可以根据底盘的运动状态解算出四个轮子的速度。需要说明的是，底盘的运动可以用三个独立变量来描述：X轴平动、Y轴平动、yaw轴自转；而轮子的速度也是由四个独立的电机提供的，因此轮子的合理速度是存在一定约束关系，逆运动学可以得到唯一解，而正运动学中不符合约束关系的方程将无解。
进一步地，在本发明的一个实施例中，执行组件300包括：多个自由度的机械手。
其中，多个自由度的机械手用于根据控制指令执行建筑动作。
举例而言，如图2所示，执行组件300可以为上装执行控制***，其主要由机器人本体、底盘机构、电池***、控制***、视觉***组成；其中机器人本体由可以由多个自由度的机械手组成；底盘机构由麦克纳姆轮***、舵轮***或者其他底盘组成；电池管理***则由锂电池、充电***、放电***、电池管理***组成；机器人的控制***主要包括控制器、总线IO模块和若干个运动模块、电池管理***、视觉***、UI人机界面等模块组成，运动模块均包括伺服电机和用于驱动伺服电机的总线式伺服驱动器，部分运动模块实现底盘运动，部分伺服实现本体的运动控制。总线IO模块用于实现采集数字量IO信号、模拟量输入输出信号；控制器通过RS485与电池管理***进行通讯，完成电池信息的获取；控制器通过Ethernet与视觉***进行通讯，启动相机进行拍照并获取视觉***处理的检测结果。UI人机界面通过Ethernet与控制器进行通讯，实现控制***状态信息的显示以及相关操作。
另外，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的控制***10还包括：通讯组件500。
其中，通讯组件500用于通过物联网接收地图信息、路径信息、任务类型和上装执行信息。
可以理解的是，如图3所示，IoT(Internet of things，万物相连的互联网)工地物联网是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。
具体而言，机器人在收到IoT工地物联网通过MQIT方式传输的数据内容，可以有BIM***的Map地图(即地图信息)、路径信息、任务类型、上装执行动作信息后，其中Map地图传输至导航定位***，从而导航定位***可以根据SLAM传感器获取到的当前地图信息与IoT提供的Map地图进行匹配，判断当前位置；并且根据任务进程，IoT工地物联网将自动规划的路径信息以及任务类型、上装执行信息传输给底盘运动控制***，底盘运动控制***收到任务信息后，开始进行路径规划，以最佳路径到达导航定位***下发的定位坐标，到位后输出定位完成状态，下发上装任务信息给上装执行控制***；上装执行控制***收到执行任务后，根据任务的类型进行喷涂、打磨、铺砖等相关工作，完成工作后，输出完成工作信号至IoT工地物联网，等待下一步的任务类型。
进一步地，如图4所示，由IoT工地物联网下发Map地图、AGV路径(路径信息)、上装执行任务信息后，底盘运动控制***将路径信息及上装执行任务信息进行解析，解析成可以识别的数据信息，并且对接收到路径信息和上装执行任务信息进行分解，其中将路径信息下发至底盘控制***，底盘控制***取出站点信息，根据路径轨迹调用运动控制算法驱动伺服电机使得AGV到达工作目标位置，输出AGV定位完成指令；其中将上装执行任务信息发送至上装执行控制***，上装执行控制***收到任务信息，根据定义的协议格式进行解析任务信息，得到机器人本体需要执行的任务逻辑以及路径信息，以及其他开关量控制逻辑以及模拟量输出逻辑等功能。
例如，如图5所示，本发明实施例的任务类型下发包括：
步骤S501：开始。
步骤S502：AGV小车及导航***初始化完成。
步骤S503：接收BIM***下发的路径信息及任务信息。
步骤S504：启动AGV小车定位任务。
步骤S505：AGV小车定位完成并输出完成指令。
步骤S506：下发上装执行任务指令。
步骤S507：接到上装执行任务完成指令。
步骤S508：判断是否最后一个站点，其中，如果是，则执行步骤S509，否则执行步骤S503。
步骤S509：结束。
最后，在完成上装执行任务后，输出上装执行完成指令至控制设备，控制设备收到AGV定位完成指令和上装执行任务完成指令，进而下发下一次的任务信息，这个流程不断循环，直至将所有任务完成为止。
例如，如图6所示，本发明实施例的上装包括：
步骤S601：开始。
步骤S602：上装执行控制***参数初始化。
步骤S603：***启动自动运行。
步骤S604：判断是否接收到AGV小车定位完成及任务启动指令，其中，如果是，则执行步骤S606，否则执行步骤S605。
步骤S605：继续等待执行命令。
步骤S606：启动上装执行控制***。
步骤S607：机器人本体运动。
步骤S608：对应位置任务执行完成。
步骤S609：输出上装执行完成指令。
步骤S610：判断全部任务是否完成，如果是，则执行步骤S611，否则执行步骤S604。
步骤S611：任务执行结束。
综上，导航定位组件200根据获取到的当前环境信息与获取组件100提供的地图信息进行匹配，判断当前位置；另外根据任务进程，将自动规划的路径信息以及任务类型、上装执行信息传输给驱动组件400，驱动组件400收到任务类型后，开始进行路径规划，以最佳路径到达导航定位组件200下发的定位坐标，到位后输出定位完成状态，下发上装任务信息给执行组件300；执行组件300收到执行任务后，根据任务的类型开执行当前任务。例如，本发明实施例的控制***10可以结合BIM***、IoT物联网、AGV底盘控制***、上装执行控制***，实现灵活调度、全自动化工作、自动规划路径，自动识别障碍物等效果，达到在施工现场少犯错误，降低施工成本，保护劳动力成本，改善建筑行业现状，建设更好的质量，更有效控制工期等良好效果。
根据本发明实施例提出的机器人的控制***，将采集的当前环境信息与所述地图信息匹配后，确定机器人的当前位置，并且自动生成移动规划路径，从而控制机器人沿着移动规划路径根据上装执行信息执行当前任务，无需人为干预下，实现全自动化、自动规划路径、自动识别等智能操作，有效提高工作效率，提高机器人的适用性和实用性，高效地执行任务，更高地精度执行任务，简单易实现，有效提升使用体验。由此，解决了半自动化操作，无法实现全自动化、自动规划路径、自动识别等智能操作，自动化程度较低，使用体验一般等问题。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的机器人的控制方法。
图7是本发明实施例的机器人的控制方法的流程图。
如图7所示，该机器人的控制方法包括：
在步骤S701中，获取当前任务的地图信息、路径信息、任务类型和上装执行信息。
在步骤S702中，采集机器人的当前环境信息，并将当前环境信息与地图信息匹配，以识别机器人的当前位置。
在步骤S703中，根据当前位置、路径信息和任务类型生成移动规划路径，并控制机器人沿着移动规划路径根据上装执行信息执行当前任务。
进一步地，在本发明的一个实施例中，获取当前任务的地图信息、路径信息、任务类型和上装执行信息，包括：根据建筑工程信息建立建筑工程三维模型，以生成地图信息。
进一步地，在本发明的一个实施例中，获取当前任务的地图信息、路径信息、任务类型和上装执行信息，包括：采集当前任务的位置信息和几何信息；根据位置信息和几何信息生成上装执行信息，或者根据位置信息和几何信息对接收的初始上装执行信息进行优化，得到上装执行信息。
需要说明的是，前述对机器人的控制***实施例的解释说明也适用于该实施例的机器人的控制方法，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的机器人的控制方法，将采集的当前环境信息与所述地图信息匹配后，确定机器人的当前位置，并且自动生成移动规划路径，从而控制机器人沿着移动规划路径根据上装执行信息执行当前任务，无需人为干预下，实现全自动化、自动规划路径、自动识别等智能操作，有效提高工作效率，提高机器人的适用性和实用性，高效地执行任务，更高地精度执行任务，简单易实现，有效提升使用体验。由此，解决了半自动化操作，无法实现全自动化、自动规划路径、自动识别等智能操作，自动化程度较低，使用体验一般等问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种机器人的控制***，其特征在于，包括：
获取组件，用于获取当前任务的地图信息、路径信息、任务类型和上装执行信息；
导航定位组件，用于采集机器人的当前环境信息，并将所述当前环境信息与所述地图信息匹配，以识别所述机器人的当前位置；
执行组件；以及
驱动组件，用于根据所述当前位置、所述路径信息和所述任务类型生成移动规划路径，并控制所述机器人沿着所述移动规划路径根据所述上装执行信息控制所述执行组件执行所述当前任务。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述获取组件包括：
构建子组件，用于根据建筑工程信息建立建筑工程三维模型，以生成所述地图信息。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述构建子组件还用于采集所述当前任务的位置信息和几何信息，并根据所述位置信息和几何信息生成上装执行信息，或者根据所述位置信息和几何信息对接收的初始上装执行信息进行优化，得到所述上装执行信息。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述导航定位组件包括：
至少一个SLAM传感器，用于采集所述机器人的当前环境信息。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：
通讯组件，用于通过物联网接收所述地图信息、所述路径信息、所述任务类型和上装执行信息。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述驱动组件包括：
多个驱动电机和驱动器；
控制器，用于根据移动规划路径控制所述驱动器驱动所述多个驱动电机工作，并根据所述上装执行信息和所述任务类型生成控制指令。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述执行组件包括：
多个自由度的机械手，用于根据所述控制指令执行建筑动作。
8.一种机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取当前任务的地图信息、路径信息、任务类型和上装执行信息；
采集机器人的当前环境信息，并将所述当前环境信息与所述地图信息匹配，以识别所述机器人的当前位置；以及
根据所述当前位置、所述路径信息和所述任务类型生成移动规划路径，并控制所述机器人沿着所述移动规划路径根据所述上装执行信息执行所述当前任务。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述获取当前任务的地图信息、路径信息、任务类型和上装执行信息，包括：
根据建筑工程信息建立建筑工程三维模型，以生成所述地图信息。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述获取当前任务的地图信息、路径信息、任务类型和上装执行信息，包括：
采集所述当前任务的位置信息和几何信息；
根据所述位置信息和几何信息生成上装执行信息，或者根据所述位置信息和几何信息对接收的初始上装执行信息进行优化，得到所述上装执行信息。
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