CN103092203A - 主从机器人之间相对运动的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主从机器人之间相对运动的控制方法，包括至少两个机器人组成的机器人群，选定一机器人为主控机器人，剩余的机器人为从属机器人，包括步骤：A、主控机器人向设定的从属机器人发送获取从属机器人位置信息的请求；B、从属机器人接收到主控机器人的请求后响应请求，将从属机器人的位置信息发送至主控机器人，开始步序控制：C、主控机器人接收到从属机器人的位置信息后，比较位置坐标与从属机器人目标位置坐标，发送移动或静止指令；D、从属机器人接收到移动或静止指令执行移动或静止指令。本发明不需要独立于机器人外的设备对机器人定位及下令的操作，并且具有较好的容错性，能够保证机器人运动的可靠性。

Description

主从机器人之间相对运动的控制方法

技术领域

本发明涉及人工智能领域，尤其涉及一种主从机器人之间相对运动的控制方法。

背景技术

传统的多个机器人间运动轨迹的控制方法中常采用独立于机器人之外的全局控制设备对机器人进行控制，完成相关的动作或操作，即除机器人外，需要由一台或一组额外的设备对机器人进行定位、计算、下令等工作。此类外部附加设备增加携带难度、隐含装置调试时间、工作环境要求相对严格，同时由于整个机器人群组的行为调度都依赖于这一设备，一旦其无法正常工作则整个轨迹控制工作都将无法运行，故缺乏便携性、易用性、和容错性，极不适合生活娱乐产品应用。若通过机器人群中的机器人的相互控制，势必会使增加机器人群的容错性，降低故障率的发生，并且可以提高其便携性和易用性，因而可以更适合生活娱乐产品应用。有鉴于此，有必要对上述的机器人间运动轨迹的控制方法进行改进。

发明内容

本发明提出了主从机器人之间相对运动的控制方法，旨在解决如何以机器人群中任意一机器人为主控机器人，剩余的为从属机器人，由主控机器人控制从属机器人完成预设的静止指令和移动指令以及移动的从属机器人如何到达目标位置的问题。

为解决上述技术问题，为本发明采用的一个技术方案是：提供一种主从机器人之间相对运动的控制方法，包括至少两个机器人组成的机器人群，选定一机器人为主控机器人，剩余的机器人为从属机器人，所述主控机器人预设有脚本程序，包括步骤：

A、主控机器人向设定的从属机器人发送获取从属机器人位置信息的请求；

B、从属机器人接收到主控机器人的请求后响应请求，将从属机器人的位置信息发送至主控机器人，开始步序控制：

C、主控机器人接收到从属机器人的位置信息后，比较从属机器人的位置坐标与从属机器人的目标位置坐标，若位置坐标与目标位置坐标不超过设定的误差范围，则向从属机器人发送静止指令，若位置坐标与目标位置坐标超过设定的误差范围，则向从属机器人发送移动指令，其中，所述位置信息包含位置坐标；所述目标位置坐标、静止指令及移动指令均预设于主控机器人的脚本程序中；

D、从属机器人接收到主控机器人的指令并对指令进行判断，若该指令为静止指令，则从属机器人执行静止指令停止移动，并结束步序控制；若该指令为移动指令，则从属机器人执行移动指令开始移动，并将从属机器人的当下位置信息发送至主控机器人，转至步骤C。

其中，所述步骤C中主控机器人根据接收的从属机器人的位置信息，比较得出的从属机器人位置坐标与目标位置坐标的差值超过设定的误差范围后，包括主控机器人对应生成从属机器人预设路线的步骤，具体的：

所述预设路线的生成由主控机器人计算其与从属机器人之间的距离及方向生成；所述移动指令包括预设路线的信息。

其中，所述步骤C中主控机器人收到从属机器人的位置信息后，还包括校验步骤，具体包括：

e1、计算从属机器人的运动轨迹与预设路线的偏差量；

e2、校验从属机器人的偏差量与预设的偏移误差的关系，若偏差量不超过偏移误差，则停止校验步骤；若偏差量超过偏移误差，则重新确定从属机器人的移动路线，并更新从属机器人的预设路线；

e3、向从属机器人发送新的移动指令，新的移动指令包含有更新后预设路线的信息；

e4、从属机器人接收到新的移动指令后根据新的移动路线来调整自身的运动轨迹。

其中，所述偏移量包括从属机器人沿预定路线与当前运动轨迹的距离偏差和方向角偏差。

其中，所述机器人群均置于栅格表面上，从属机器人通过计算栅格数量进行位置定位，主控机器人通过计算栅格数量向从属机器人发送移动指令。

其中，所述脚本程序还包括用于控制主控机器人移动的主机器人移动命令。

其中，所述脚本程序包括对从属机器人一一对应的步序控制。

其中，所述静止指令包括延时命令，当从属机器人接收到静止命令停止移动时，从属机器人执行延时命令而处于延时状态。

其中，所述静止指令还包括表演命令，当从属机器人处于延时状态时，执行表演命令。

其中，主控机器人向剩余的机器人发送通信指令，剩余的机器人接收通信指令并触发按键后选定为从属机器人。

本发明的有益技术效果是：本发明是以至少两个机器人组成的机器人群，选定一机器人为主控机器人，剩余的机器人为从属机器人而完成的主从机器人之间相对运动的控制方法，具体方法中，主控机器人获取从属机器人的位置信息，并将从属机器人的位置信息与脚本程序中预设的从属机器人的目标位置比较，若位置坐标与目标位置坐标不超过设定的误差范围，则主控机器人向从属机器人发送静止指令，从属机器人接收到静止指令后，执行静止指令；若位置坐标与目标位置坐标超过设定的误差范围，则主机器人向从属机器人发送移动指令，执行移动指令，在移动的过程中，还向主控机器人发送当下位置信息，比较当下位置坐标与目标位置坐标，能够使移动的从属机器人精确地到达目标位置。本发明不需要独立于机器人外的设备对机器人定位及下令的操作，具有较好的容错性，能够保障机器人运动的可靠性。之所以不依赖额外设备从而获得容错性和可靠性的原因在于：整个过程的控制并不完全依赖某一台设备，即使原本的主控机器人由于种种原因无法正常工作，也可以重新指定其他机器人为主控机器人。

附图说明

图1为本发明主从机器人之间相对运动的控制方法的流程图；

图2为本发明中从属机器人沿预设路线运动的轨迹图；

图3为本发明中从属机器人移动过程偏离预设路线的位置关系图；

图4为本发明中从属机器人相等的时间沿预设路线运动位置和沿更新后的预设路线位置关系图；

图5为本发明中从属机器人沿更新后的预设路线运动的轨迹图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，本实施例提供了一种主从机器人之间相对运动的控制方法，本方法适用于至少两个机器人组成的机器人群，在实现主控机器人对从属机器人的控制之前，还包括先从机器人群中选定一机器人为主控机器人，剩余的机器人为从属机器人，其中剩余机器人为机器人群中除主控机器人外的机器人，具体包括步骤：

A、主控机器人向设定的从属机器人发送获取从属机器人位置信息的请求。本步骤中的位置信息包含位置坐标，该位置坐标是以主控机器人为坐标原点O，以主控机器人水平向右的方向为X轴方向，主控机器人水平向前的方向为Y轴方向而建立的XOY平面直角坐标系。并规定，主控机器人所在位置点为原点，从属机器人所在位置为远离坐标原点O的坐标点。

B、从属机器人接收到主控机器人的请求后响应该请求，并将从属机器人的位置信息发送至主控机器人，开始进行步序控制。本步骤中，所有从属机器人均置于一张印有定位栅格的定位垫上。从属机器人通过计算其与主控机器人间的距离，即计算X轴和Y轴方向上栅格数量采集位置信息，并将位置信息发送至主控机器人。

C、主控机器人接收到从属机器人的位置信息后，比较从属机器人的位置与鱼预设于主控机器人中的从属机器人目标位置，若位置坐标与目标位置坐标不超过设定的误差范围，则由主控机器人向从属机器人发送静止指令，若位置坐标与目标位置坐标超过设定的误差范围，则由主控机器人向从属机器人发送移动指令，本步骤中，上述目标位置、静止指令及移动指令均预设于主控机器人的脚本程序中。上述误差范围可以根据设计者的要求来具体设定，以满足对机器人运动精确性的控制。

D、从属机器人接收到主控机器人的指令并对指令进行判断，若该指令为静止指令，则从属机器人执行静止指令停止移动，并结束步序控制；若该指令为移动指令，则从属机器人执行移动指令开始移动，并将从属机器人的当下位置信息发送至主控机器人，转至步骤C。本步骤中，在从属机器人运动过程中，通过从属机器人中的光学定位装置记录行经路线，通过统计从属机器人与主控机器人之间X轴和Y轴方向的栅格数量，获得机器人在x向和y向上数值，来确定从属机器人的当下位置。

上述的实施例中，所述步骤C中主控机器人根据接收的从属机器人的位置信息，比较得出的从属机器人位置坐标与目标位置坐标的差值超过设定的误差范围后，包括主控机器人对应生成从属机器人预设路线的步骤，具体的：

预设路线的生成由主控机器人计算其与从属机器人之间的距离及方向生成；所述移动指令包括预设路线的信息。上述的距离为X轴和Y轴方向上栅格数量的平方和的均值，上述方向用方向角来表示，方向角为Y轴方向上的栅格数与X轴的栅格数比值的反正切。

在一表演程序的某一步序中，从属机器人需从A0位置处到达A位置并播放语音。开始时，主控机器人轨迹计算模块根据从属机器人的初始位置A0和目标位置A计算运动轨迹，并生成预设路线，参阅图2，图2为从属机器人沿预设路线运动的轨迹图。机器人起始时的实际方向与预定方向存在偏差，开始移动后，实际运动轨迹向左偏离，具体的，从属机器人以当前运动轨迹到达的当前坐标为（a2，b2），从属机器人以预设路线到达的位置（a1，b1），该距离偏差为：

该方向角偏差为:α=arctan((a2-a1)/(b2-b1))。参阅图3，图3为从属机器人移动过程偏离预设路线的位置关系图；主控机器人中的轨迹计算模块通过位置校验发现误差后，根据机器人的当前位置A1和方向计算新的运动轨迹，参阅图4，图4是本发明中从属机器人沿更新后的预设路线运动的轨迹图；图5是本发明中从属机器人相等的时间沿预设路线运动位置和沿更新后的预设路线位置关系图。图2和图3中A0为从属机器人的位置，A为从属机器人的目标位置，A1为从属机器人移动过程中的偏移位置。

在一优选的实施例中，步骤C中主控机器人收到从属机器人的位置信息后，还包括校验步骤，具体包括：

e1、计算从属机器人的运动轨迹与预设路线的偏差量。其中，偏差量包括从属机器人沿预定路线与实际运动轨迹的距离偏差和方向角偏差。本步骤中的偏差量通过上述的栅格定位法来计算，来确定从属机器人运动轨迹。

e2、校验从属机器人的偏差量与偏移误差的关系，若偏差量不超过移动路线预设的偏移误差，则停止校验；若偏差量超过移动路线预设的偏移误差，则重新确定从属机器人的移动路线，并更新从属机器人的预设路线，具体的，当距离偏差与方向偏差均在偏移误差内时，停止校验步骤；否则，根据计算的偏移量重新确定从属机器人的移动路线，并更新从属机器人的预设路线。

e3、向从属机器人发送新的移动指令，新的移动指令包含有更新后预设路线的信息；

e4、从属机器人接收到新的移动指令后根据新的移动路线来调整自身的运动轨迹。

上述步骤旨在解决机器人多次运动过程中因使用环境、自身机械等原因造成的累积误差问题。通过个体误差滞后修正的策略在每次运动过程中一次性修正相关客机已有的累积误差。即在每一次运动完成时接纳当次运动过程中产生的误差，将这一次运动过程结束后存在的误差，在该个体下一次运动时进行校验和修正。这样每一次运动完成时存在的误差都将被控制在单次运动所可能造成的误差范围内，在降低误差控制难度的同时保证整体误差控制水平。

上述的方案中，机器人群中所有机器人均置于栅格表面上后，从属机器人通过计算栅格数量进行位置定位，主控机器人通过计算栅格数量向从属机器人发送移动指令。所述脚本程序还包括用于控制主控机器人移动的主机器人移动命令。主控机器人移动时，以XOY平面的静止直角坐标系变成动态的直角坐标系，其中，主控机器人所在位置点为原点，从属机器人所在位置点为定位垫上的位置点。其中，所述脚本程序包括对从属机器人一一对应的步序控制，一次步序中，主控机器人控制一从属机器人运动。在一次主控机器人调度从属机器人的过程中，主控机器人无法更改，如更改主机，则开始新的调度。

上述方案中的静止指令包括延时命令，当从属机器人接收到静止命令而停止移动时，从属机器人执行延时命令而处于延时状态。在延时状态结束后，主控机器人开始对从属机器人下一步序的控制。具体的方案中，上述静止指令还包括表演命令，当从属机器人处于延时状态时，执行表演命令，表演的方式可以为动作或播放音乐，此时从属机器人不离开当前位置。

上述的实施例中，主控机器人与从属机器人通过无线网络连接。一般可以采用蓝牙、红外线及2.4G无线通信，优选的方案，所述无线网络为2.4G无线通信网络，能够回避了红外线和蓝牙在方向、距离、功率、延迟、匹配数量等方面的缺陷，保证了运动状态下主机与多个客机间的低延迟通讯。

上述的实施例中，主控机器人为机器人群中任一机器人，主控机器人向剩余的机器人发送通信指令，剩余的机器人接收通信指令并触发按键后选定为从属机器人。由主机引导选定从属机器人，具有较佳的便携性，将控制系统内置于机器人中，以群组中的机器人自身为主控机器人，不需要携带或装置其它仪器设备，且群组中的每一台机器人都可以作为主控机器人使用，降低故障率。

本发明提供了一种主从机器人之间相对运动的控制方法，包括至少两个机器人组成的机器人群，选定一机器人为主控机器人，剩余的机器人为从属机器人而完成的主从机器人之间相对运动的控制方法，具体方法中，主控机器人获取从属机器人的位置信息，并将从属机器人的位置信息与脚本程序中预设的从属机器人的目标位置比较，若位置坐标与目标位置坐标不超过设定的误差范围，则主控机器人向从属机器人发送静止指令，从属机器人接收到静止指令后，执行静止指令；若位置坐标与目标位置坐标超过设定的误差范围，则主机器人向从属机器人发送移动指令，执行移动指令，在移动的过程中，还向主控机器人发送当下位置信息，比较当下位置坐标与目标位置坐标，能够使移动的从属机器人精确地到达目标位置。本发明不需要独立于机器人外的设备对机器人定位及下令的操作，具有较好的容错性，能够保障机器人运动的可靠性。之所以不依赖额外设备从而获得容错性和可靠性的原因在于：整个过程的控制并不完全依赖某一台设备，即使原本的主控机器人由于种种原因无法正常工作，也可以重新指定其他机器人为主控机器人。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种主从机器人之间相对运动的控制方法，其特征在于，包括至少两个机器人组成的机器人群，选定一机器人为主控机器人，剩余的机器人为从属机器人，所述主控机器人预设有脚本程序，包括步骤：

A、主控机器人向设定的从属机器人发送获取从属机器人位置信息的请求；

B、从属机器人接收到主控机器人的请求后响应请求，将从属机器人的位置信息发送至主控机器人，开始步序控制：

C、主控机器人接收到从属机器人的位置信息后，比较从属机器人的位置坐标与从属机器人的目标位置坐标，若位置坐标与目标位置坐标不超过设定的误差范围，则向从属机器人发送静止指令，若位置坐标与目标位置坐标超过设定的误差范围，则向从属机器人发送移动指令，其中，所述位置信息包含位置坐标；所述目标位置坐标、静止指令及移动指令均预设于主控机器人的脚本程序中；

D、从属机器人接收到主控机器人的指令并对指令进行判断，若该指令为静止指令，则从属机器人执行静止指令停止移动，并结束步序控制；若该指令为移动指令，则从属机器人执行移动指令开始移动，并将从属机器人的当下位置信息发送至主控机器人，转至步骤C。

2.根据权利要求1所述的主从机器人之间相对运动的控制方法，其特征在于，所述步骤C中主控机器人根据接收的从属机器人的位置信息，比较得出的从属机器人位置坐标与目标位置坐标的差值超过设定的误差范围后，包括主控机器人对应生成从属机器人预设路线的步骤，具体的：

所述预设路线的生成由主控机器人计算其与从属机器人之间的距离及方向生成；所述移动指令包括预设路线的信息。

3.根据权利要求2所述的主从机器人之间相对运动的控制方法，其特征在于，所述步骤C中主控机器人收到从属机器人的位置信息后，还包括校验步骤，具体包括：

e1、计算从属机器人的运动轨迹与预设路线的偏差量；

e2、校验从属机器人的偏差量与预设的偏移误差的关系，若偏差量不超过偏移误差，则停止校验步骤；若偏差量超过偏移误差，则重新确定从属机器人的移动路线，并更新从属机器人的预设路线；

e3、向从属机器人发送新的移动指令，新的移动指令包含有更新后预设路线的信息；

e4、从属机器人接收到新的移动指令后根据新的移动路线来调整自身的运动轨迹。

4.根据权利要求3所述的主从机器人之间相对运动的控制方法，其特征在于，所述偏移量包括从属机器人沿预定路线与当前运动轨迹的距离偏差和方向角偏差。

5.根据权利要求1-4任一项所述的主从机器人之间相对运动的控制方法，其特征在于，所述机器人群均置于栅格表面上，从属机器人通过计算栅格数量进行位置定位，主控机器人通过计算栅格数量向从属机器人发送移动指令。

6.根据权利要求5所述的主从机器人之间相对运动的控制方法，其特征在于，所述脚本程序还包括用于控制主控机器人移动的主机器人移动命令。

7.根据权利要求5所述的主从机器人之间相对运动的控制方法，其特征在于，所述脚本程序包括对从属机器人一一对应的步序控制。

8.根据权利要求7所述的主从机器人之间相对运动的控制方法，其特征在于，所述静止指令包括延时命令，当从属机器人接收到静止命令停止移动时，从属机器人执行延时命令而处于延时状态。

9.根据权利要求7所述的主从机器人之间相对运动的控制方法，其特征在于，所述静止指令还包括表演命令，当从属机器人处于延时状态时，执行表演命令。

10.根据权利要求9所述的主从机器人之间相对运动的控制方法，其特征在于，主控机器人向剩余的机器人发送通信指令，剩余的机器人接收通信指令并触发按键后选定为从属机器人。

Images