CN117590855B - 一种vr远程控制***及物流搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种VR远程控制***及物流搬运机器人，涉及物流搬运机器人技术领域。获取环境数据，构建虚拟环境模型；构建专用网络，用于数据传输；基于获取的环境数据对操控目标的行驶路径进行规划；建立任务优先级模型，每个操作目标均设置有与该优先级模型相适配的既定任务。本发明基于构建虚拟环境模型、行驶路径规划及设定的优先级模型的基础上创建VR控制场景，通过相关VR设备实现对物流搬运机器人的远程控制，只需在装货区和卸货区人工参与VR控制场景即可完成装货、运输及货物卸载，有效降低了人力消耗，提高了人员操作安全性。

Description

一种VR远程控制***及物流搬运机器人

技术领域

本发明涉及物流搬运机器人技术领域，具体为一种VR远程控制***及物流搬运机器人。

背景技术

VR控制作为一种远程控制手段，现在随着技术的进步已经从传统的电玩行业转移到物流等行业领域中。

如申请号202010718211.4公开了一种仓储物流用搬运机器人的托架及搬运机器人，其通过托架的四个托体可托住货架的四个腿部，提高搬运货架时对货架的支撑；

又如申请号202010393556.7公开了一种物流搬运机器人，其可以应对几乎所有的搬运任务，通过与标准化器具对接，适用范围极广，且不需要定制专属器具来承托或装载货物；

以及申请号202111397967.4 公开了一种工业VR巡检机器人，其提供了可以二十四小时不间断工作，结构简单，减震性能好，使用双摄像头生成VR图像，同时摄像头可控的一种工业VR巡检机器人。

上述方案中及现有的物流搬运机器人，都能够实现对货物的运输，但是，由于货物的存放位置及卸载位置不同，而现有的物流搬运机器人一般只具有移动到货物的能力，从而难以适应多样化的物流场景，需要人工或者人工驾驶辅助机械辅助物流搬运机器人对货物进行装卸及堆放，这样，不仅使得人力消耗大、操作人员安全性低，而且还因工序衔接不紧凑而降低了物流效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种VR远程控制***及物流搬运机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种VR远程控制***，包括信息收集模块，用于获取环境数据，构建虚拟环境模型；

网络模块，用于构建专用网络，用于数据传输；

数据处理模块，基于获取的环境数据对操控目标的行驶路径进行规划，以及建立任务优先级模型，每个操作目标均设置有与该优先级模型相适配的既定任务，以及根据环境数据、行驶路径和优先级模型创建VR控制场景，通过VR控制场景对所述操控目标的多个功能操作件进行远程操纵；

所述操控目标具有多个功能操作件；

所述VR控制场景根据任务优先级模型自动或者人工进行不同操作目标VR控制场景的切换；

每个所述操控目标均设置有能相互切换的主动行驶模式和被动操纵模式；

被动操纵模式通过VR控制场景进行操控；

所述行驶路径规划确定方法包括：

S1、划分行驶区间；

S2、设定操控目标的往返路线，往返路线位于所划分的行驶区间内，在往返路线上并列行驶的操控目标不会发生碰撞；

S3、规划操控目标的等待区，每个等待区内设置有与操控目标数量相等的停机位，操控目标返回后，通过规划路线进入停机位；

S4、当往返路线中的一条或者两条路线上同时存在障碍物且操控目标与障碍物的距离达到预警模型中的风险等级时，VR控制场景发出警告信号，当达到高风险时，操控目标自动切换为VR控制场景，通过VR控制场景对操控目标进行操纵，直至操控目标避开障碍物且并线到初始线路上。

本方案进一步优选的，所述操控目标设置有不少于三个操控位，三个操控位分别通过三个独立的VR控制场景进行操控；

其中，三个操控位分别为通过VR控制场景操控的装单工位、通过VR控制场景操控的卸单工位及通过VR控制场景操控的中转工位。

本方案进一步优选的，所述环境数据的获取至少包括下列三种方式的一种，或者通过多种组合进行获取；所述三种方式分别为：

通过所有操控目标自带的传感器，对其周边环境的数据进行收集；

通过厂区安装的传感器，对厂区整体的环境数据进行收集；

通过携带传感器的无人机对厂区道路进行航拍，对道路数据进行收集；

所述环境数据每隔10—30秒进行一次更新。

本方案进一步优选的，所述预警模型的确定方法为：

P1、基于环境数据对障碍物的位置和操控目标的位置进行定位，确定操控目标与障碍物之间的直线距离；

P2、设置低风险等级、中风险等级和高风险等级三种风险等级，其中：

低风险等级：操控目标与障碍物之间的直线距离达到25—35米时，VR控制场景发出绿色灯光警告，操控目标继续向前行驶；

中风险等级：操控目标与障碍物之间的直线距离为9—18米，VR控制场景发出黄色灯光警告，操控目标继续向前行驶；

高风险等级：操控目标与障碍物之间的直线距离为1—3米，VR控制场景发出红色灯光警告，操控目标停止行驶。

本方案进一步优选的，所述低风险等级中，操控目标的行驶速度为2—3米/秒，中风险等级中，操控目标的行驶速度为1—2米/秒。

本方案进一步优选的，所述任务优先级模型的确定方法为：

N1、人工输入不同任务工单的重要性数值、紧急性数值和收益性数值，通过计算方法为：重要性数值×重要性系数/3+紧急性数值×紧急性系数/3+收益性数值×收益性系数/3，得到各个任务工单的优先级数值；

N2、将优先级数值输入到VR控制场景中，VR控制场景对若干个工单的优先级数值自大到小进行排序，形成优先级任务工单，当数值相同时，先输入的数值位于后输入数值的前面，位于最前侧优先级数值的优先等级最高。

本方案进一步优选的，所述操作目标既定任务的实现过程为：

VR控制场景根据优先等级自大到小的顺序，对实现该优先级模型相适配的既定任务的操作目标进行操控，直至将该优先级任务工单全部完成；

按照优先级顺序依次完成所有任务工单。

一种物流搬运机器人，应用了上述的VR远程控制***，通过构建的VR远程控制***实现物流搬运机器人进行货物搬运。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该VR远程控制***及物流搬运机器人，基于构建虚拟环境模型、行驶路径规划及设定的优先级模型的基础上创建VR控制场景，通过相关VR设备实现对物流搬运机器人的远程控制，只需在装货区和卸货区人工参与VR控制场景即可完成装货、运输及货物卸载，有效降低了人力消耗，提高了人员操作安全性。

同时，该物流搬运机器人设置有三个操控位，三个操控位分别通过三个独立的VR控制场景进行操控，操控人员通过VR控制场景可以及时参与及控制物流搬运机器人进行货物搬运，提高了物流的搬运连续性，进而提高了物流效率。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明物流搬运机器人行驶路线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明的流程图，如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种VR远程控制方法，该方法中所使用到的VR设备至少包括头戴显示器、用于捕捉肢体动作的追踪器及手套，该方法包括获取环境数据，构建虚拟环境模型，其中，环境数据的获取至少包括下列三种方式的一种，或者通过多种组合进行获取，三种方式分别为：

1、通过所有操控目标自带的传感器，对其周边环境的数据进行收集，该传感器可以安装在操控目标的四周，在本方案中的一个具体实施例中，操控目标为物流搬运机器人；

2、通过厂区安装的传感器，对厂区整体的环境数据进行收集；

3、通过携带传感器的无人机对厂区内拟定规划为物流搬运机器人行驶的道路及道路两侧5米内的建筑物进行航拍，对该道路数据进行收集；

传感器可以选择为摄像头、激光雷达或者红外线传感器等器件，在本方案的一个具体实施例中，传感器优选为摄像头，通过摄像头对外界环境进行摄录；

能理解的是，捕获得到的实际场景图像通过去噪、调整图像参数和颜色校正，然后利用计算机视觉技术（如Structure from Motion或Multi-View Stereo等），将图像转换为三维模型，最后将场景模型从正确的视角渲染为图像或视频，并将其显示在VR设备上，本方案设置组合式的环境数据收集方式，通过对拍摄的多角度图像进行图像转换，进一步的增加了虚拟现实环境中的逼真视觉效果。

另外，在本方案中，环境数据每隔10—30秒进行一次更新，以确保虚拟场景中的元素、物体和细节与现实环境保持一致，从而提供更真实、逼真的体验，能够为用户通过物流搬运机器人搬运货物提供准确的导航指引（环境数据更新速度较快，能够准确显示货物的拿取位置及卸载位置，避免空拿和堆放）；以上为现有技术，在本方案中不再赘述。

构建专用网络，用于数据传输，操控目标是基于该专用网络与操纵人员进行无线连接，该专用网络优选为具有较低的延迟及允许快速的数据传输和通信的局域网，另外还构建行驶围栏，以保证操控目标只能在行驶围栏内进行移动，防止因操作人员误操作而造成人员、财产损失的安全事故；

行驶围栏的实现至少可以通过下列两种方式实现：

其一是，在设定围栏边界处设置有网络信***，这样，当操控目标行驶到该处时，将因无法连接无线网络信号而不能进行人机交互，实现操作目标的停止；

其二是，搭建让操控目标在一定范围内行使的电子围栏；

基于获取的环境数据对操控目标的行驶路径进行规划，其中，行驶路径规划确定方法包括：

S1、划分行驶区间；

S2、设定操控目标的往返路线，并且往返路线位于所划分的行驶区间内，需要明确的是，在往返路线上并列行驶的操控目标不会发生碰撞；

S3、规划操控目标的等待区，每个等待区内设置有与操控目标数量相等的停机位，操控目标返回后，通过规划路线进入停机位，等待再次***纵；

S4、当往返路线中的一条或者两条路线上同时存在障碍物且操控目标与障碍物的距离达到预警模型中的风险等级时，VR控制场景发出警告信号，当达到高风险等级时，操控目标自动切换为VR控制场景，通过VR控制场景对操控目标进行操纵，直至操控目标避开障碍物且并线到初始线路上。

对于步骤S4的补充，当操作人员接收到警告信号时，可以在达到高风险等级之前将操控目标切换到VR控制场景，通过VR控制场景对操控目标进行操纵，直至操控目标避开障碍物且并线到初始线路上。

在本方案的另一个具体实施例中，如图2所示，行驶路径规划确定方法还可以为：

S11、划分行驶区间；

S12、在行驶区间内设定两条并列的搬运路线，确保并列行驶的操控目标不会发生碰撞；

S13、在两条路线的初始位置均设置有操控目标等待区，每个等待区内设置有与操控目标数量相等的停机位，操控目标通过规划路线进入到停机位，等待再次***纵；

S14、当两条并列的搬运路线中的一条或者两条路线上同时存在障碍物且操控目标与障碍物的距离达到预警模型中的风险等级时，VR控制场景发出警告信号，当达到高风险时，操控目标自动切换为VR控制场景，通过VR控制场景对操控目标进行操纵，直至操控目标避开障碍物且并线到初始线路上。

建立任务优先级模型，每个操作目标均设置有与该优先级模型相适配的既定任务；

操控目标具有多个功能操作件，通过功能操作件操纵操控目标进行货物的拿起、放下及搬运等动作；

根据环境数据、行驶路径和优先级模型创建VR控制场景，通过VR控制场景对操控目标的多个功能操作件进行远程操纵；

VR控制场景根据任务优先级模型自动或者人工进行不同操作目标VR控制场景的切换；

在本方案中，每个操控目标均设置有能相互切换的主动行驶模式和被动操纵模式，该切换动作通过VR控制场景实现，另外，被动操纵模式是通过VR控制场景进行操控。

本方案中，操控目标设置有不少于三个操控位，三个操控位分别通过三个独立的VR控制场景进行操控；

其中，三个操控位分别为通过VR控制场景操控的装单工位、通过VR控制场景操控的卸单工位及通过VR控制场景操控的中转工位。

具体的，在装单工位中通过VR控制场景操控操作目标进行货物的拿取、在卸单工位中通过VR控制场景操控操作目标进行货物的放下及在中转工位中通过VR控制场景操控操作目标进行障碍物的避让。

具体的，在装单工位中，操作人员通过VR控制场景远程操控操作目标移动，由于数据更新速度快，操作人员通过VR控制场景能准确知道货物存放位置，操作人员远程操控操作目标，使其移动到待拿取的货物处，通过操作相应的操作件实现货物的拿取，当货物拿取完成后，再次操纵操作目标，使其行驶到设定路线上，然后将操作目标切换到主动行驶模式，此时操作目标会沿着设定路线向货物卸载处匀速移动，最后，操作人员通过VR控制场景控制下一个操作目标，当操作目标移动到货物卸载处，另一个操作人员在卸单工位中通过VR控制场景远程操控操作目标进行货物卸载，同样，当货物卸载完成后，再次操纵操作目标，使其行驶到设定路线上，然后将操作目标切换到主动行驶模式，操作目标会沿着设定路线进入到停机位，等待再次***纵。

另外，预警模型的确定方法为：

P1、基于环境数据对障碍物的位置和操控目标的位置进行定位，确定操控目标与障碍物之间的直线距离；

P2、设置低风险等级、中风险等级和高风险等级三种风险等级，其中：

低风险等级：操控目标与障碍物之间的直线距离达到25—35米时，VR控制场景发出绿色灯光警告，操控目标继续向前行驶，在本方案的具体实施例中，当直线距离达到30米时，触发警报，能够理解的是，该警报还可以为声音或者其他的警告形式；

中风险等级：操控目标与障碍物之间的直线距离为9—18米，VR控制场景发出黄色灯光警告，操控目标继续向前行驶，在本方案的具体实施例中，该直线距离设定为10米；

高风险等级：操控目标与障碍物之间的直线距离为1—3米，VR控制场景发出红色灯光警告，操控目标停止行驶，在本方案的具体实施例中，该直线距离设定为2米时。

具体的，在低风险等级中，操控目标的行驶速度为2—3米/秒，在中风险等级中，操控目标的行驶速度为1—2米/秒。

本方案中的任务优先级模型的确定方法为：

N1、人工输入不同任务工单的重要性数值、紧急性数值和收益性数值，通过计算方法为：（重要性数值×重要性系数+紧急性数值×紧急性系数+收益性数值×收益性系数）/3得到各个任务工单的优先级数值；

N2、将优先级数值输入到VR控制场景中，VR控制场景对若干个工单的优先级数值自大到小进行排序，形成优先级任务工单，当数值相同时，先输入的数值位于后输入数值的前面，位于最前侧优先级数值的优先等级最高。

在本方案的一个具体实施例中，重要性系数、紧急性系数和收益性系数分别取值为40%、40%和20%；

在本方案的另一个具体实施例中，重要性系数、紧急性系数和收益性系数分别取值为34%、33%和33%。

能够理解的是，上述优先级数值的计算公式中，赋值项目不只限于上述任务工单的三种情况，可以根据实际情况进行相应赋值项目的增减；

操作目标既定任务的实现过程为：

VR控制场景根据优先等级自大到小的顺序，对实现该优先级模型相适配的既定任务的操作目标进行操控，直至将该优先级任务工单全部完成；

按照优先级顺序依次完成所有任务工单。

VR远程控制***，包括：

信息收集模块：用于获取环境数据和任务优先级数据，构建虚拟环境模型；

网络模块，用于构建专用网络，用于数据传输；

数据处理模块：构建虚拟环境模型，建立操控目标行驶围栏，基于获取的环境数据对操控目标的行驶路径进行规划，建立任务优先级模型，设定操作目标的既定任务，根据环境数据、行驶路径和优先级模型创建VR控制场景，并且通过VR控制场景对操控目标的多个功能操作件进行远程操纵；

转换模块：通过VR控制场景根据任务优先级模型自动或者人工进行不同操作目标VR控制场景的切换，并且每个操控目标的主动行驶模式和被动操纵模式相互切换。

上述的这些模块在实际的实现过程中都可以通过一个或者多个计算机设备实现其模块功能，本实施例中为展示***的功能故而将其模块化，且上述的这些模块只是本***中功能实现的主要模块并非是全部模块，可以根据后续的具体需求进行新的模块设计。

物流搬运机器人，应用了VR远程控制***，通过构建的VR远程控制***实现物流搬运机器人进行货物搬运。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附实施例及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种VR远程控制***，其特征在于，包括

信息收集模块，用于获取环境数据，构建虚拟环境模型；

网络模块，用于构建专用网络，用于数据传输；

数据处理模块，基于获取的环境数据对操控目标的行驶路径进行规划，以及建立任务优先级模型，每个操作目标均设置有与该优先级模型相适配的既定任务，以及根据环境数据、行驶路径和优先级模型创建VR控制场景，通过VR控制场景对所述操控目标的多个功能操作件进行远程操纵；

所述操控目标具有多个功能操作件；

所述VR控制场景根据任务优先级模型自动或者人工进行不同操作目标VR控制场景的切换；

每个所述操控目标均设置有能相互切换的主动行驶模式和被动操纵模式；

被动操纵模式通过VR控制场景进行操控；

所述行驶路径规划确定方法包括：

S1、划分行驶区间；

S2、设定操控目标的往返路线，往返路线位于所划分的行驶区间内，在往返路线上并列行驶的操控目标不会发生碰撞；

S3、规划操控目标的等待区，每个等待区内设置有与操控目标数量相等的停机位，操控目标返回后，通过规划路线进入停机位；

S4、当往返路线中的一条或者两条路线上同时存在障碍物且操控目标与障碍物的距离达到预警模型中的风险等级时，VR控制场景发出警告信号，当达到高风险时，操控目标自动切换为VR控制场景，通过VR控制场景对操控目标进行操纵，直至操控目标避开障碍物且并线到初始线路上;

所述任务优先级模型的确定方法为：

N1、人工输入不同任务工单的重要性数值、紧急性数值和收益性数值，通过计算方法为：重要性数值×重要性系数/3+紧急性数值×紧急性系数/3+收益性数值×收益性系数/3，得到各个任务工单的优先级数值；

N2、将优先级数值输入到VR控制场景中，VR控制场景对若干个工单的优先级数值自大到小进行排序，形成优先级任务工单，当数值相同时，先输入的数值位于后输入数值的前面，位于最前侧优先级数值的优先等级最高。

2.根据权利要求1所述的一种VR远程控制***，其特征在于，所述操控目标设置有不少于三个操控位，三个操控位分别通过三个独立的VR控制场景进行操控；

其中，三个操控位分别为通过VR控制场景操控的装单工位、通过VR控制场景操控的卸单工位及通过VR控制场景操控的中转工位。

3.根据权利要求1所述的一种VR远程控制***，其特征在于，所述环境数据的获取至少包括下列三种方式的一种，或者通过多种组合进行获取；所述三种方式分别为：

通过所有操控目标自带的传感器，对其周边环境的数据进行收集；

通过厂区安装的传感器，对厂区整体的环境数据进行收集；

通过携带传感器的无人机对厂区道路进行航拍，对道路数据进行收集；

所述环境数据每隔10—30秒进行一次更新。

4.根据权利要求1所述的一种VR远程控制***，其特征在于，所述预警模型的确定方法为：

P1、基于环境数据对障碍物的位置和操控目标的位置进行定位，确定操控目标与障碍物之间的直线距离；

P2、设置低风险等级、中风险等级和高风险等级三种风险等级，其中：

低风险等级：操控目标与障碍物之间的直线距离达到25—35米时，VR控制场景发出绿色灯光警告，操控目标继续向前行驶；

中风险等级：操控目标与障碍物之间的直线距离为9—18米，VR控制场景发出黄色灯光警告，操控目标继续向前行驶；

高风险等级：操控目标与障碍物之间的直线距离为1—3米，VR控制场景发出红色灯光警告，操控目标停止行驶。

5.根据权利要求4所述的一种VR远程控制***，其特征在于，所述低风险等级中，操控目标的行驶速度为2—3米/秒，中风险等级中，操控目标的行驶速度为1—2米/秒。

6.根据权利要求1所述的一种VR远程控制***，其特征在于，所述操作目标既定任务的实现过程为：

VR控制场景根据优先等级自大到小的顺序，对实现该优先级模型相适配的既定任务的操作目标进行操控，直至将该优先级任务工单全部完成；

按照优先级顺序依次完成所有任务工单。

7.一种物流搬运机器人，应用了权利要求1-6任意一项所述的一种VR远程控制***，其特征在于，通过构建的VR远程控制***实现物流搬运机器人进行货物搬运。