机器人控制方法、系统和仓库搬运机器人

摘要

本发明公开了一种机器人控制方法、系统和仓库搬运机器人，涉及机器人控制领域。其中的方法包括：底盘控制器接收主控制器发送的信息同步指令；底盘控制器与旋转控制器通过信息同步指令进行信息同步；底盘控制器向旋转控制器发送同步旋转指令，控制底盘电机带动机器人底盘以预定对地角速度旋转；旋转控制器根据同步旋转指令控制旋转电机带动机器人旋转机构以相对于机器人底盘旋转的角速度同步旋转。本发明实现了仓库搬运机器人的旋转的精确控制，进而能够使得机器人底盘旋转时，减少货架的旋转晃动。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种机器人控制方法、系统和仓库搬运机器人。

背景技术

目前，部分公司投入大量机器人用于仓库的拣选工作，提高了仓库的运行效率。这些机器人属于AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)的一种，可以将这些机器人称为仓库搬运机器人。近几年，国内也有多家公司及科研机构开始投入科研力量进行相应机器人的研究。

但仓库搬运机器人在仓库应用中需要克服多项技术，其中，在机器人底盘旋转时，货架有时会旋转晃动，此时会导致货物脱落，造成一定的损失。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种能够在机器人底盘旋转时减少货架晃动的机器人控制方法、系统和仓库搬运机器人。

根据本发明一方面，提出一种机器人控制方法，包括：底盘控制器接收主控制器发送的信息同步指令；底盘控制器与旋转控制器通过信息同步指令进行信息同步；底盘控制器向旋转控制器发送同步旋转指令，控制底盘电机带动机器人底盘以预定对地角速度旋转；旋转控制器根据同步旋转指令控制旋转电机带动机器人旋转机构以相对于机器人底盘旋转的角速度同步旋转。

进一步地，旋转控制器根据同步旋转指令控制旋转电机带动机器人旋转机构以相对于机器人底盘旋转的角速度同步旋转包括：旋转控制器接收底盘控制器发送的同步旋转指令，根据同步旋转指令通过中断控制旋转电机与底盘电机同步运动，以使机器人旋转机构以相对于机器人底盘旋转的角速度同步旋转。

进一步地，旋转控制器通过中断控制旋转电机与底盘电机同步运动包括：旋转控制器接收底盘控制器发送的同步旋转指令，其中，同步旋转指令为IO信号；旋转控制器通过电平信号跳变产生中断，以便执行同步旋转指令。

进一步地，底盘控制器和旋转控制器通过信息同步指令进行信息同步包括：底盘控制器接收主控制器发送的信息同步指令后，若确定机器人符合旋转条件，则通过CAN总线将信息同步指令发送至旋转控制器，以便旋转控制器进行数据初始化，其中信息同步指令包括最大角速度、角加速度和需要旋转的角度信息。

进一步地，该方法还包括：底盘控制器每隔预定时间计算机器人底盘旋转的对地角速度大小，并根据机器人底盘旋转的对地角速度大小控制底盘电机的转速；旋转控制器接收底盘控制器发送的同步旋转指令后产生中断，并在中断中计算机器人旋转机构相对于底盘旋转的角速度大小，并根据机器人旋转机构相对于底盘旋转的角速度大小控制旋转电机的转速。

根据本发明的另一方面，还提出一种机器人控制系统，包括：主控制器，用于向底盘控制器发送信息同步指令；底盘控制器，用于接收主控制器发送的信息同步指令，根据信息同步指令与旋转控制器进行信息同步，还用于向旋转控制器发送同步旋转指令，控制底盘电机带动机器人底盘以预定对地角速度旋转；旋转控制器，用于根据信息同步指令与底盘控制器进行信息同步，还用于接收底盘控制器发送的同步旋转指令，根据同步旋转指令控制旋转电机带动机器人旋转机构以相对于机器人底盘旋转的角速度同步旋转。

进一步地，旋转控制器用于接收底盘控制器发送的同步旋转指令，根据同步旋转指令通过中断控制旋转电机与底盘电机同步运动，以使机器人旋转机构以相对于机器人底盘旋转的角速度同步旋转。

进一步地，旋转控制器用于接收底盘控制器发送的同步旋转指令后，通过电平信号跳变产生中断，以便执行同步旋转指令，其中同步旋转指令为IO信号。

进一步地，底盘控制器用于接收主控制器发送的信息同步指令后，若确定机器人符合旋转条件，则通过CAN总线将信息同步指令发送至旋转控制器，以便旋转控制器进行数据初始化，其中信息同步指令包括最大角速度、角加速度和需要旋转的角度信息。

进一步地，底盘控制器用于每隔预定时间计算机器人底盘旋转的对地角速度大小，并根据机器人底盘旋转的对地角速度大小控制底盘电机的转速；旋转控制器用于接收底盘控制器发送的同步旋转指令后产生中断，并在中断中计算机器人旋转机构相对于底盘旋转的角速度大小，并根据机器人旋转机构相对于底盘旋转的角速度大小控制旋转电机的转速。

根据本发明的另一方面，还提出一种仓库搬运机器人，包括上述的机器人控制系统。

根据本发明的另一方面，还提出一种机器人控制系统，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行如上述的方法。

根据本发明的另一方面，还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

与现有技术相比，本发明底盘控制器与旋转控制器进行信息同步后，分别同步控制机器人底盘电机和旋转电机运动，进而带动机器人底盘和旋转机构的同步旋转，实现了仓库搬运机器人的旋转的精确控制，进而能够使得机器人底盘旋转时，减少货架的旋转晃动。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1为本发明机器人车体的结构示意图。

图2为本发明机器人控制方法的一个实施例的流程示意图。

图3为本发明机器人控制方法的另一个实施例的流程示意图。

图4为本发明机器人控制方法的再一个实施例的流程示意图。

图5为本发明底盘控制器和旋转控制同步过程示意图。

图6为本发明机器人控制系统的一个实施例的结构示意图。

图7为本发明机器人控制系统应用的一个实施例的结构示意图。

图8为本发明仓库搬运机器人的一个实施例的结构示意图。

图9为本发明机器人控制系统的另一个实施例的结构示意图。

图10为本发明机器人控制系统的再一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

机器人车体如图1所示，包括四个从动轮110，两个主动轮120和一个旋转机构130。其中，为了承受重量，从动轮110为万向轮；两个主动轮120带动机器人底盘140运动，并由两套伺服电机系统连接；旋转机构130由一套伺服电机系统连接，车体还有一套顶升机构在图中未体现。考虑到控制器的体积、安装等方式，可以采用两轴运动控制器控制机器人的四个电机，即由底盘控制器控制主动轮120的两个电机，进而带动底盘140运动，由旋转控制器控制旋转电机和顶升电机的旋转，进而带动旋转机构130运动。本发明机器人控制方法的一个实施例的流程示意图如图2所示，该机器人控制方法包括以下步骤：

在步骤210，底盘控制器接收主控制器发送的信息同步指令。

在步骤220，底盘控制器通过信息同步指令与旋转控制器进行信息同步。例如，底盘控制器接收主控制器发送的信息同步指令后，若确定机器人符合旋转条件则将信息同步指令发送至旋转控制器，其中，信息同步指令中包括最大角速度、角加速度和需要旋转的角度信息等，旋转控制器将相应的同步数据进行初始化处理，处理完毕后，向底盘控制器发送确认响应消息。

在步骤230，底盘控制器向旋转控制器发送同步旋转指令，控制底盘电机带动机器人底盘以预定对地角速度旋转。例如，底盘控制器控制底盘电机转动，底盘电机带动主动轮旋转，进而带动机器人底盘以预定对地角速度旋转。

在步骤240，旋转控制器根据底盘控制器发送的同步旋转指令控制旋转电机带动机器人旋转机构以相对于机器人底盘旋转的角速度同步旋转。其中，旋转控制器接收底盘控制器发送的同步旋转指令后可以通过中断控制旋转电机与底盘电机同步运动。旋转控制器的中断延时很小，这样就能够实现底盘控制器与旋转控制器的一致，两个控制器就可以同步控制底盘电机和旋转电机。

为了使底盘在旋转时，货架保持静止，要求机器人底盘的对地角速度与机器人旋转机构相对于机器人底盘旋转的角速度大小相等、方向相反。例如，机器人底盘的对地角速度为20rad/s，则机器人旋转机构相对于机器人底盘旋转的角速度大小也为20rad/s，但旋转机构的旋转方向与底盘旋转方向相反。

在该实施例中，底盘控制器与旋转控制器进行信息同步后，分别同步控制机器人底盘电机和旋转电机运动，进而带动机器人底盘和旋转机构的同步旋转，实现了仓库搬运机器人的旋转的精确控制，进而能够使得机器人底盘旋转时，减少货架的旋转晃动。

图3为本发明机器人控制方法的另一个实施例的流程示意图。该方法包括以下步骤：

在步骤310，底盘控制器接收主控制器的信息同步指令。

在步骤320，底盘控制器解析信息同步指令，并根据车体状态回复主控制器是否执行相应的指令。例如，底盘控制器判断当前的IO接口是否正常，是否符合旋转条件等。

在步骤330，若底盘控制器确定机器人符合旋转条件，则将该信息同步指令发送至旋转控制器。其中，主控制器、底盘控制器和旋转控制器之间使用CAN总线连接。底盘控制器向旋转控制器发送的信息同步指令中包括最大角速度、角加速度和需要旋转的角度信息。

在步骤340，旋转控制器接收底盘控制器的指令，并进行相应处理，即将相应的同步数据进行初始化处理。

在步骤350，旋转控制器进行数据初始化后，向底盘控制器发送确认响应消息。

在步骤360，底盘控制器向旋转控制器发送同步旋转指令，以便底盘电机和旋转电机同时运动。

如果在底盘旋转的过程中货架对地保持静止，就要求每一个时刻，旋转机构的角速度与底盘的旋转角速度大小相等，即机器人底盘的对地角速度与机器人旋转机构相对于机器人底盘旋转的角速度大小相等、方向相反。如果想满足上述效果，需满足以下三个条件，即条件一，旋转电机和底盘电机同时启动，同时进行速度控制；条件二，最大角速度、角加速度、旋转角度设置相同；条件三，底盘控制器和旋转控制器的速度规划算法相同，其中，条件二通过CAN通信同步即可达到，条件三在软件中设置一致即可，条件一可以通过图4中的方法实现。图4中的方法包括以下步骤：

在步骤410，底盘控制器每隔预定时间计算机器人底盘旋转的对地角速度大小。即该底盘控制器每隔一段时间进行一次速度规划和速度控制，这个时间可以用定时器控制。如图5所示，底盘控制器与旋转控制器之间使用通用IO信号连接，在速度规划之前，底盘控制器的IO信号由低电平变为高电平，在速度控制之后，IO信号由高电平变为低电平。

在步骤420，旋转控制器接收底盘控制器发送的同步旋转指令后产生中断，并在中断中计算机器人旋转机构相对于底盘旋转的角速度大小。如图5所示，旋转控制器接收IO信号由低电平到高电平的跳变产生中断，并在中断中进行相应速度规划和速度控制。

在步骤430，底盘控制器根据机器人底盘旋转的对地角速度大小控制底盘电机的转速。

在步骤440，旋转控制器根据机器人旋转机构相对于底盘旋转的角速度大小控制旋转电机的转速。

其中，步骤430和步骤440同时执行。由于信号的传输延时，旋转控制器的中断延时很小，这样就能够实现底盘控制器与旋转控制器的一致，两个控制器就可以同步控制底盘电机和旋转电机。

在上述实施例中，通过CAN通信实现底盘控制器与旋转控制器的信息同步，再通过硬件中断实现底盘控制器和旋转控制器的旋转同步，因此能够提高仓库搬运机器人的旋转的精确控制，提高了旋转效率，使得在机器人旋转时保持货架对地静止，减少货物掉落的可能。

图6为本发明机器人控制系统的一个实施例的结构示意图。该机器人控制系统包括主控制器610、底盘控制器620和旋转控制器630，其中：

主控制器610用于向底盘控制器620发送信息同步指令。

底盘控制器620用于根据信息同步指令与旋转控制器630进行信息同步，还用于向旋转控制器630发送同步旋转指令，并控制底盘电机运动，以便底盘电机带动机器人底盘以预定对地角速度旋转。如图7所示，底盘控制器620与底盘电机621电连接，底盘电机621带动主动轮622运动，进而带动底盘623旋转。其中，底盘控制器620接收主控制器610发送的信息同步指令后，若确定机器人符合旋转条件则将信息同步指令发送至旋转控制器630，其中信息同步指令包括最大角速度、角加速度和需要旋转的角度信息，旋转控制器630将相应的同步数据进行初始化处理，处理完毕后，向底盘控制器620发送确认响应消息。

旋转控制器630用于根据底盘控制器620发送的同步旋转指令控制旋转电机同步运动，以便旋转电机带动机器人旋转机构以相对于机器人底盘旋转的角速度同步旋转。如图7所示，旋转控制器630与旋转电机631电连接，旋转电机631带动旋转机构632旋转。其中，旋转控制器630接收底盘控制器620发送的同步旋转指令后可以通过中断控制旋转电机631与底盘电机621同步运动。旋转控制器630的中断延时很小，这样就能够实现底盘控制器620与旋转控制器630的一致，两个控制器就可以同步控制底盘电机621和旋转电机631。

为了使底盘在旋转时，货架保持对地静止，要求机器人底盘623的对地角速度与机器人旋转机构632相对于机器人底盘623旋转的角速度大小相等、方向相反。例如，机器人底盘623的对地角速度为20rad/s，则机器人旋转机构632相对于机器人底盘623旋转的角速度大小也为20rad/s，但旋转机构632的旋转方向与底盘623旋转方向相反。

在该实施例中，底盘控制器与旋转控制器进行信息同步后，分别同步控制机器人底盘电机和旋转电机运动，进而带动机器人底盘和旋转机构的同步旋转，实现了仓库搬运机器人的旋转的精确控制，进而能够使得机器人底盘旋转时，减少货架的旋转晃动。

在本发明的另一个实施例中，主控制器610用于向底盘控制器620发送信息同步指令。底盘控制器620用于解析信息同步指令，并根据车体状态回复主控制器610是否执行相应的指令，若确定机器人符合旋转条件，则将该信息同步指令发送至旋转控制器630。其中，主控制器610、底盘控制器620和旋转控制器630之间使用CAN总线连接。旋转控制器630接收底盘控制器620的指令，并将相应的同步数据进行初始化处理，在数据初始化后，向底盘控制器620发送确认响应消息。

底盘控制器620还用于每隔预定时间计算机器人底盘旋转的对地角速度大小，根据机器人底盘旋转的对地角速度大小控制底盘电机的转速。即该底盘控制器每隔一段时间进行一次速度规划和速度控制，这个时间可以用定时器控制。如图5所示，底盘控制器与旋转控制器之间使用通用IO信号连接，在速度规划之前，底盘控制器620的IO信号由低电平变为高电平，在速度控制之后，IO信号由高电平变为低电平。

旋转控制器630还用于接收底盘控制器发送的同步旋转指令后产生中断，并在中断中计算机器人旋转机构相对于底盘旋转的角速度大小，根据机器人旋转机构相对于底盘旋转的角速度大小控制旋转电机的转速。如图5所示，旋转控制器接收IO信号由低电平到高电平的跳变产生中断，并在中断中进行相应速度规划和速度控制。

在上述实施例中，通过CAN通信实现底盘控制器与旋转控制器的信息同步，再通过硬件中断实现底盘控制器和旋转控制器的旋转同步，由于信号的传输延时，旋转控制器的中断延时很小，这样就能够实现底盘控制器与旋转控制器的一致，两个控制器就可以同步控制底盘电机和旋转电机，因此能够提高仓库搬运机器人的旋转的精确控制，提高了旋转效率，使得在机器人旋转时保持货架对地静止，减少货物掉落的可能。

图8为本发明仓库搬运机器人的一个实施例的结构示意图。该仓库搬运机器人包括上述的机器人控制系统810，其中，机器人控制系统810已在上述实施例中进行了详细介绍，此处不再进一步阐述。

该实施例中的仓库搬运机器人能够在底盘旋转时，保存货架的平稳，进而减小货架上的货物掉落的可能。

图9为本发明机器人控制系统的另一个实施例的结构示意图。该机器人控制系统包括存储器910和处理器920。其中：

存储器910可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器用于存储图2-5所对应实施例中的指令。

处理器920耦接至存储器910，可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。该处理器920用于执行存储器中存储的指令，能够提高仓库搬运机器人的旋转的精确控制。

在一个实施例中，还可以如图10所示，该机器人控制系统1000包括存储器1010和处理器1020。处理器1020通过BUS总线1030耦合至存储器1010。该多层级数据展示装置1000还可以通过存储接口1040连接至外部存储装置1050以便调用外部数据，还可以通过网络接口1060连接至网络或者另外一台计算机系统(未标出)。此处不再进行详细介绍。

在该实施例中，通过存储器存储数据指令，再通过处理器处理上述指令，能够提高仓库搬运机器人的旋转的精确控制，提高了旋转效率，使得在机器人旋转时保持货架对地静止，减少货物掉落的可能。

在另一个实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现图2-5所对应实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

可能以许多方式来实现本发明的方法以及装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。