CN100349079C - 机器人系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

机器人系统包括带有行走驱动部件的移动机器人。机器人系统包括一个光指令器，它用来发光并给出对应于光反射处的反射位置的指令。机器人系统还包括一个位置检测器，用来把反射位置的信息作为图象来接收并检测反射位置，还包括一个控制器，它根据位置检测器所检测到的反射位置来确定反射轨迹并将反射轨迹输出到驱动部件以控制该驱动部件。因此，该机器人系统及其控制方法减少了成本，并且操作简单安全，有可能无须补偿处理就能即时进行示教操作。

Description

机器人系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及机器人系统及其控制方法，更具体地说，与使用一个光发生器来操纵或示教移动机器人的机器人系统及其控制方法有关。

背景技术

通常来说，有两种类型指令或示教移动机器人沿着作业路径行进的方法，一种是示教操纵台法(teaching pendent method)，另一种是脱机程序法(off-line program method)。

图1是一个示教操纵系统的方框图，用来描述常规的示教操纵法。如图1中所示，该示教操纵系统包括一个示教操纵台(teachingpendent)100，一个移动式机器人110，一个控制器120和一个存储器130。

该示教操纵台100为移动机器人110接收有关行进路径等信息，这些信息是由操作者通过键盘输入的，并且将这些信息传送给控制器120。控制器120根据所接收到的信息来控制移动机器人110进行操作，并将该操作储存到存储器130中。

操作人员要从机器人的角度为移动机器人110的部分行进路径和操作进行详尽的计划，然后使用示教操纵台100所提供的按钮来控制移动机器人110的行进。  当移动机器人110沿着某一预定轨迹抵达某个预期的示教点时，操作者将所完成的系列操作以及机器人的相应位置储存到存储器130中。然后，操作者重复为该操作制定计划、控制移动机器人110、储存这些操作，直到与整个行进路径有关的操作储存完毕为止。然后，对移动式机器人110所储存的操作进行测试。在测试结果与操作者制定的计划相吻合的情况下，就可根据储存的操作来使用和控制移动式机器人110。

在示教操纵法中，通过一个称作示教操纵台100的遥控器来重复输入对移动机器人110的必要操作，然后，在各种情况下进行实际测试。在脱机程序法中，由操作者使用图形或文本编制详细操作。然后通过仿真来进行测试，从而把程序化的操作应用于移动机器人。

在脱机程序法中，操作者从机器人角度为移动机器人制定操作计划，并且使用图形或文本为移动机器人编制系列操作及其相应的位置。

程序化的操作可按仿真方式显示，这样操作者就可在仿真和计划之间进行交叉检验。在计划与仿真出现不一致的情况下，操作者可以修改计划并重复模拟直到计划与仿真结果一致为止。在计划与仿真相一致的情况下，将仿真信息上传到移动机器人的控制器，然后在实际中对机器人进行测试。

当在实际测试中的实际位置与基于仿真的理想位置不同时，要对差异进行补偿。相反，当实际位置与理想位置一致时，就可按程序化的操作来使用和控制移动机器人。

然而，按常规的示教操作法，为了对移动机器人进行示教，所有的操作都要进行实际测试，这样做并不安全，并且示教移动机器人要耗费很多时间。此外，要部分修改这种示教法操作是不可能的，而且改变对移动机器人的操作也变得很不方便。

此外，脱机程序法需要昂贵的计算机系统和程序。再者，还需要进行补偿处理来补偿基于仿真的理想位置与实际位置之间的差异。因而，脱机程序法就变得很复杂，而且很难对移动机器人进行即时示教。

发明内容

据此，本发明的一个方面提供一种廉价的机器人系统及其控制方法，使用它们可以进行即时操作示教，而且使用者可以很方便地操纵机器人。

本发明的补充方面和/或者优点将在随后的说明中进行部分阐述，有些从这阐述中是明显可见的，或者通过该发明的实践可以得知。

通过提供带有行走驱动部件的移动机器人的机器人系统便可实现本发明中上述和/或其它方面的内容。该机器人系统包括一个光指令器，该装置发射光线并给出对应于光反射处的反射位置的指令。该机器人系统还包括一个位置检测器，用于按图像方式来接收反射位置上的信息，并且检测该反射位置。该机器人系统包括一个控制器，其基于位置检测器所检测到的大多数反射位置来确定反射轨迹，然后将该反射轨迹输出到驱动部件以实现对其进行控制。该机器人系统还包括一个存储指令的存储器和由对应于这些指令的反射位置所构成的指令模式。控制器确定基于反射位置的反射轨迹是否与对应于储存在存储器中的指令模式相一致，并且当反射轨迹与该指令模式一致时将指令输出到机器人的驱动部件。

根据本发明的一个方面，光指令器包括一个激光指示器，用来通过激光光束来指向三维空间的某一点。

根据本发明的一个方面，位置检测器包括一个检测反射位置的光学器件，在该位置上从光指令器中发出的光线被反射。

通过提供一种控制方法来控制带有行走驱动部件的移动机器人的机器人系统，便可完成本发明中上述和/或其它方面的内容。该方法包括提供一个光指令器，其发射光线并给出对应于反射光线处的反射位置的指令。该方法还包括提供一个用来存储指令的存储器和由对应于这些指令的反射位置所构成的指令模式，并按预定时间间隔通过从光指令器发出的光线来检测反射位置。当第一个和第二个反射位置之间所出现的间隔变化是在预定时间间隔之内时，该方法是根据反射位置来确定反射轨迹；当反射轨迹与指令模式一致时，该方法则要确定反射轨迹是否与该指令模式一致，并根据对应的指令模式来控制移动机器人操作。

根据本发明的一个方面，当反射轨迹与指令模式不一致并画出一条线段时，就可控制移动机器人沿该线段行进。

根据本发明的一个方面，当反射轨迹与指令模式不一致并画出一封闭线时，就可控制移动机器人进入由该封闭线所围成的区域。

根据本发明的一个方面，当反射轨迹与指令模式不一致并指向一个点时，就可控制移动机器人行进到该点。

根据本发明的一个方面，对应于几个指令的大多数反射轨迹是作为一种指令模式存储在存储器中的。

附图说明

通过下面对具体装置的介绍并结合所附带的图解，本发明的上述和/或其它方面以及本发明的优点会变得更加明显且更易得到正确评价。

图1是示教操纵系统的框图，用来说明常规的示教操纵方法。

图2是一个本发明具体实施例的机器人系统框图。

图3是图2中所示机器人系统的控制流程图。

图4中根据指令模式对反射轨迹进行图解。

图5显示的是绘制线段的反射轨迹。

图6显示的是绘制封闭线的反射轨迹。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细描述，在附图中示出了其中具体实例，相同的部件都从头至尾引用相同的数字。下面对该装置进行描述，以便通过引用这些图解来解释本发明。

图2是根据本发明实施例的机器人系统框图。如图2所示，机器人系统包括驱动部件10，光指令器20，位置检测器30，存储器40，和控制器50几个部分。

移动机器人中配置了驱动部件10，它包括驱动移动机器人行进的机械组件。驱动部件10为移动机器人接收有关来自控制器50的方向和速度的指令。

光指令器20发射光束，并为移动机器人发布指令，该指令对应于光反射处的反射位置。就是说，操作者通过光指令器20来输入目标位置、行进轨迹、以及移动机器人的指令模式。这里，任何类型的光线都可用作为指令器光源，只要其以直线传播并可反射以便将其输入到移动机器人的位置检测器30中即可。

位置检测器30通过接收在由光指令器20所发出的光的反射处的反射位置信息来检测示教位置，并将其输出到控制器50。这里，位置检测器30包括用于接收示教位置(即，由光指令器20所示教的反射位置)信息的位置接收部件。该位置接收部件可随光指令器20所使用光源特性不同而改变。例如，当使用激光光束作为光源时，可使用光学器件作为位置接收部件。这样，光学器件就可以图像形式接收反射位置的信息，然后通过预置处理器来计算相对于移动机器人的示教位置坐标，再将该坐标输出到控制器50。

控制器50确定通过由位置检测器30检测到的反射位置坐标所绘制的反射轨迹，然后将这反射轨迹传输到驱动部件10，并由此来控制驱动部件10。

存储器40中预先储存了指令和由对应于这些指令的反射位置所形成的指令模式。控制器50会确定基于由位置检测器30所检测到的反射位置的反射轨迹是否与对应于储存在存储器40中指令的指令模式相一致。当反射轨迹与指令模式一致时，控制器50就将对应于指令模式的指令传送到驱动部件10，从而对该驱动部件10进行控制。

图3是图2中所示机器人系统的控制流程图。在操作S1中，操作者通过在光指令器20中所使用的激光光束指针来指向一个预定的位置，用此来建立示教位置。在操作S2中，安装在移动机器人上的光学器件以图像形式接收光指令器20所示教的示教位置，然后利用图像处理器计算相对于移动机器人的示教位置的坐标。

在操作S3中，控制器50对由位置检测器30所检测到的当前示教位置坐标与前一个示教位置坐标进行比较，然后确定是否存在一个当前示教位置与前一个示教位置之间的预定间隔。

当当前示教位置与前一个示教位置间的间隔大于预定间隔时，将连续创建示教位置。在操作S4中，操作者可利用延时来创建后续示教位置，并随后返回操作S2，因此位置检测器30可以检测到后续示教位置。

当当前示教位置与前一个示教位置之间的间隔小于预定间隔时，操作者就不再创建新的示教位置，然后对所有检测到的示教位置进行分析。在操作S5中，控制器50首先确定通过示教位置绘制的反射轨迹，随后确定该反射轨迹是否与预先储存在存储器40中的指令模式一致。

当反射轨迹与指令模式一致时，在操作S6中，控制器50会发出与该指令模式一致的指令。

图4中依照指令模式图示反射轨迹。如图4所示，移动机器人60包括驱动部件10、光学器件31和清洁器61。

驱动部件10包括能使机器人行进的机械组件，如电机、电机驱动电路、驱动轴、车轮等。光学器件31按图像来接收由激光指针21所指向的示教位置。清洁器61沿指定的行进路径进行清洁。

图4中所示的移动机器人60与激光指针21与图5、图6中的相同，因此省略了重复说明部分。

如果指令模式为一个“V”形，并且对应于该“V”形指令模式的指令要求移动机器人60以直线方式向前行进，当反射轨迹绘制如图4中的“V”形时，控制器50就会控制驱动部件10来驱动移动机器人60以直线方式向前行进。此时，移动机器人可在行进中进行清洁。

当反射轨迹与指令模式不一致时，可根据反射轨迹模式的指令来控制移动机器人60。

当反射轨迹与指令模式不一致时，在操作S7中，反射轨迹是否是一条直线即可被确定。当反射轨迹不是一条线段时，在操作S8中，反射路径是否是一个封闭线即可被确定。当反射轨迹不是封闭线时，在操作S9中，反射路径是否是一个点即可被确定。

当反射轨迹是一条线段时，在操作S10中，控制器50会控制驱动部件10来驱动移动机器人60沿该线段行进。

图5对反射轨迹绘制线段进行了图解。尤其特别的是，当反射轨迹绘制的是一条“S”形曲线时，控制器50会控制移动机器人60沿“S”形曲线行进。当反射轨迹绘制的是封闭线时，在操作S11中，控制器50会控制驱动部件10来驱动移动机器人60进入由该封闭线所形成的区域。

图6对反射轨迹绘制封闭环形进行了图解。如图6所示，当移动机器人60安装了清洁器61并且指定和示教了需要清洁的区域时，控制器50就会控制移动机器人60进入该指定区域进行清洁作业。

当反射轨迹为点时，在操作S12中，控制器50会控制驱动部件10来驱动该移动机器人60行进到该点处。控制器50可以通过组合反射轨迹的几种不同模式来给出一条指令，并将该模式组合作为坐标来储存，以此来控制移动机器人60。

如上所述，本发明提供了一个机器人系统及其控制方法，用该方法可缩减开支并使操作更加便捷、安全。因此，有可能无需补偿处理便可进行即时操作示教。

虽然已经对本发明的几个实施例进行了描述，但对本领域中的普通技术人员而言，在不违背本发明的原理和实质的情况下会作出各种的变化和修改，但这些修改都在本发明的所附的权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一个包括带有行走驱动部件的移动机器人的机器人系统，该机器人系统包括：

发射光线并给出对应于光反射处的反射位置指令的光指令器；

把反射位置信息作为图像进行接收并检测该反射位置的位置检测器；

基于位置检测器所检测到的反射位置来确定反射轨迹并将该反射轨迹输出到驱动部件用以控制驱动部件的控制器；以及

存储指令和由对应于该指令的反射所形成的指令模式的存储器，

其中，控制器决定基于反射位置的反射轨迹是否与对应于存储在存储器中的指令模式相一致，并且，当反射轨迹与指令模式相一致时把指令输出到驱动部件。

2.根据权利要求1的机器人系统，其中光指令器包括一个使用激光束指向三维空间中某一点的激光指示器。

3.根据权利要求2的机器人系统，其中位置检测器包括：

用于检测反射位置的光学器件，在该反射位置从光指令器中发出的光被反射。

4.根据权利要求3的机器人系统，其中光学器件包括：

计算相对于移动机器人的反射位置坐标的图像处理器。

5.根据权利要求4的机器人系统，其中移动机器人包括清洁器。

6.根据权利要求5的机器人系统，其中光学器件接收由激光指示器指向的示教位置，而控制器用来控制移动机器人进入指定的区域并且利用所述清洁器对所述区域进行清洁作业。

7.一种控制包括带有行走驱动部件的移动机器人的机器人系统的方法，该方法包括：

提供光指令器来发射光线并给出对应于光反射处的反射位置的指令；

提供用于存储指令和由对应于该指令的反射所形成的指令模式的存储器；

通过光指令器发出的光线，按预定的时间间隔检测反射位置；

如果第一个和第二个反射位置之间的间隔变化是在预定间隔内，则基于反射位置来确定反射轨迹；

确定反射轨迹是否和指令模式相一致；以及

当反射轨迹和指令模式一致时，根据对应于指令模式的指令来控制移动机器人进行操作。

8.根据权利要求7的方法，其中当反射轨迹与指令模式不一致并画一条线段时，控制移动机器人沿着该线段移动。

9.根据权利要求7的方法，其中当反射轨迹与指令模式不一致并画一条封闭线时，控制移动机器人进入由该封闭线所形成的区域。

10.根据权利要求7的方法，其中当反射轨迹与指令模式不一致并指向一点时，控制移动机器人移到该点。

11.根据权利要求7的方法，其中对应于大多数指令模式的大多数反射轨迹被组合起来并作为单一指令模式存储在存储器中。

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