CN107914271A - 一种基于机器人的控制方法及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及控制技术领域，特别涉及一种基于机器人的控制方法及控制系统，其中，一种基于机器人的控制方法，包括：于检测到目标位置处于非正常状态时控制终端设备工作于第一预定模式，并移动至当前所在平面的第一极限位置以获取所述第一极限位置相对于水平面的第一垂直距离；控制终端设备工作于第二预定模式，获取终端设备于当前状态下至水平面的第二垂直距离；根据所述第一垂直距离、所述第二垂直距离形成相对距离；获取所述目标位置的水平位移间距，根据所述相对距离、所述水平位移间距形成一控制信号输出。

Description

一种基于机器人的控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及控制技术领域，特别涉及一种基于机器人的控制方法及控制系统。
背景技术
机器人是近年发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新科研成果，代表了机电一体化的最高成就，是目前科技发展最活跃的领域之一。
目前机器人的移动方式包括轮式、履带式、步行、爬行、蠕动等。轮式、履带式运动本身已经成熟，对轮式、履带式移动机器人的研究主要集中在自主运动控制上，但是这两种方式对环境空间要求较高，因而其应用范围受到一定的限制。爬行和蠕动型机器人主要用于管道和其它狭窄空间内作业，具有良好的静、动态稳定性，但移动速度较慢。双足步行机器人与轮式、履带式机器人相比有许多突出的优越性：
(1)双足步行机器人能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，能够方便的上下台阶及通过不平整、不规则或较窄的路面，它的移动“盲区”很小；
(2)双足步行机器人的能耗很小。因为该机器人可具有独立的能源装置，因此在设计时就应充分考虑其能耗问题。机器人力学计算也表明，足式机器人的能耗通常低于轮式和履带式；
(3)双足步行机器人具有广阔的工作空间。由于行走系统的占地面积小，而活动范围很大，所以为其配置的机械手提供了更大的活动空间，同时也可使机械手臂设计得较为短小紧凑；
(4)双足直立行走是生物界难度最高的行走动作。但其步行性能却是其它步行结构所无法比拟的。因此，步行机器人的研制对机器人的结构变化提出了更高的要求，同时也将有力地推进机器人学及其他相关学科的发展。
仿人机器人是工程上少有的高阶、非线性、非完整约束的多自由度系统。这对机器人的运动学、动力学及控制理论的研究提供了一个非常理想的实验平台，在对其研究的过程中#很可能导致力学及控制领域中新理论、新方法的产生，另外，仿人机器人的研究还可以推动仿生学、人工智能、计算机图形、通信等相关学科的发展。因此，仿人步行机器人的研制具有十分重大的价值和意义。
在双足机器人研究的众多问题之中，双足机器人的动作规划是机器人研究的重点也是难点，能够得到像人一样稳定连续的双足步行、跨越障碍物等动作是双足机器人研究的最终目标。
机器人顺利跨越不同高度的障碍物属于机器人复杂运动的一种，也是模拟人类日常生活中的一个复杂运动。特别是机器人在户外操作时，机器人遇到不同高度的障碍物是在所难免。因此最大程度的减少被障碍物绊跌而带来的伤害，并在遇到障碍物时平稳跨过障碍物，继续向前行走，成了研究的重点。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明提供一种基于机器人的控制方法及控制系统，具体地，
一方面，本发明提供一种基于机器人的控制方法，其中，包括：
于检测到目标位置处于非正常状态时控制终端设备工作于第一预定模式，并移动至当前所在平面的第一极限位置以获取所述第一极限位置相对于水平面的第一垂直距离；
控制终端设备工作于第二预定模式，获取终端设备于当前状态下至水平面的第二垂直距离；
根据所述第一垂直距离、所述第二垂直距离形成相对距离；
获取所述目标位置的水平位移间距，根据所述相对距离、所述水平位移间距形成一控制信号输出。
优选地，上述的基于机器人的控制方法，其中，所述终端设备至少包括第一采集器、第二采集器，所述第一采集器安装于第一预定位置，所述第二采集器安装于第二预定位置。
优选地，上述的基于机器人的控制方法，其中，于检测到目标位置处于非正常状态时控制终端设备工作于第一预定模式，并移动至当前所在平面的第一极限位置以获取所述第一极限位置相对于水平面的第一垂直距离；
于检测到所述目标位置处于非正常状态下，通过第一采集器或第二采集器获取当前所在平面的第一极限位置数据，控制所述终端设备移动以使所述第一采集器或所述第二采集器位于与所述第一极限位置数据匹配的位置；
获取所述极限位置相对于水平面的第一垂直距离。
优选地，上述的基于机器人的控制方法，其中，控制终端设备工作于第二预定模式，获取终端设备于当前状态下至水平面的第二垂直距离具体包括：
控制所述终端设备获取第二极限位置，根据第二极限位置数据获取第一采集器或第二采集器至所述水平面的相对垂直距离；
获取第一采集器或第二采集器当前的运动夹角，根据所述运动夹角、所述相对垂直距离计算形成第二垂直距离。
优选地，上述的基于机器人的控制方法，其中，获取所述目标位置的水平位移间距具体包括：
分别获取移动终端第二预定位置至第一极限位置的第一长度距离、至第二极限位置之间的第二长度距离；以及第一长度距离、第二长度距离之间的第二夹角；
根据所述第一长度距离、第二长度距离和所述第二夹角计算形成所述水平位置间距。
另一方面，本发明再提供一种基于机器人的控制系统，其中，包括：
检测单元，用以于检测到目标位置处于非正常状态时控制终端设备工作于第一预定模式，并移动至当前所在平面的第一极限位置以获取所述第一极限位置相对于水平面的第一垂直距离；或者，
控制终端设备工作于第二预定模式，获取终端设备于当前状态下至水平面的第二垂直距离；
计算单元，用以根据所述第一垂直距离、所述第二垂直距离形成相对距离；
控制单元，用以获取所述目标位置的水平位移间距，根据所述相对距离、所述水平位移间距形成一控制信号输出。
优选地，上述的基于机器人的控制系统，其中，所述终端设备至少包括第一采集器、第二采集器，所述第一采集器安装于第一预定位置，所述第二采集器安装于第二预定位置。
优选地，上述的基于机器人的控制系统，其中，所述检测单元包括：
第一检测装置，用以于检测到所述目标位置处于非正常状态下，通过第一采集器或第二采集器获取当前所在平面的第一极限位置数据，控制所述终端设备移动以使所述第一采集器或所述第二采集器位于与所述第一极限位置数据匹配的位置；
第二检测装置，用以获取所述极限位置相对于水平面的第一垂直距离。
优选地，上述的基于机器人的控制系统，其中，所述检测单元还包括：
第三检测装置，用以于控制所述终端设备获取第二极限位置，根据第二极限位置数据获取第一采集器或第二采集器至所述水平面的相对垂直距离；
第一计算装置，用以获取第一采集器或第二采集器当前的运动夹角，根据所述运动夹角、所述相对垂直距离计算形成第二垂直距离。
优选地，上述的基于机器人的控制系统，其中，所述控制单元包括：
采集装置，分别获取移动终端第二预定位置至第一极限位置的第一长度距离、至第二极限位置之间的第二长度距离；以及第一长度距离、第二长度距离之间的第二夹角；
第二计算装置，根据所述第一长度距离、第二长度距离和所述第二夹角计算形成所述水平位置间距。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明中，当所述相对距离、所述水平位移间距匹配终端设备的位移标准的状态下形成第一类控制命令，终端设备于第一类控制命令的作用下发生位移并越过目标位置；即对于终端设备可越过的障碍物进行逾越，提高了终端设备的使用效率，增强用户的体验感。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于机器人的控制方法的工作示意图；
图2为本发明提供的一种基于机器人的控制方法的工作示意图；
图3为本发明提供的一种基于机器人的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
如图3所示，一方面，本发明提供一种基于机器人的控制方法，其中，包括：
步骤S110、于检测到目标位置处于非正常状态时控制终端设备工作于第一预定模式，并移动至当前所在平面的第一极限位置以获取所述第一极限位置相对于水平面的第一垂直距离；
其中，终端设备可为一机器人，或者其他可行走的电子设备。所述非正常状态可为检测到目标状态的情况下，例如当检测到前方出现有横沟或者障碍物的状态下，所述第一预定模式是以第一预定速度发生位移，第一预定速度低于正常工作模式下的行走速度；第一极限位置即可为当前所在平台的边缘位置。
步骤S120、控制终端设备工作于第二预定模式，获取终端设备于当前状态下至水平面的第二垂直距离；第二预定模式状态下，仅调整采集装置的采集高度，当终端设备至所在平面的第一极限位置时则不继续发生位置，此时位移距离为零，但是终端设备可以调整自身的姿态。
步骤S130、根据所述第一垂直距离、所述第二垂直距离形成相对距离；
步骤S140、获取所述目标位置的水平位移间距，根据所述相对距离、所述水平位移间距形成一控制信号输出。其中控制信号包括第一类控制命令和第二类控制命令。当所述相对距离、所述水平位移间距匹配终端设备的位移标准的状态下形成第一类控制命令，终端设备于第一类控制命令的作用下发生位移并越过目标位置；当所述相对距离、所述水平位移间距不匹配终端设备的位移标准的状态下形成第二类控制命令，终端设备于第二类控制命令的作用下执行相应的操作。
本发明中，当所述相对距离、所述水平位移间距匹配终端设备的位移标准的状态下形成第一类控制命令，终端设备于第一类控制命令的作用下发生位移并越过目标位置；即对于终端设备可越过的障碍物进行逾越，提高了终端设备的使用效率，增强用户的体验感。
作为进一步优选实施方案，上述的基于机器人的控制方法，其中，所述终端设备至少包括第一采集器、第二采集器，所述第一采集器安装于第一预定位置，所述第二采集器安装于第二预定位置。
上述的基于机器人的控制方法，其中，步骤S110、于检测到目标位置处于非正常状态时控制终端设备工作于第一预定模式，并移动至当前所在平面的第一极限位置以获取所述第一极限位置相对于水平面的第一垂直距离；
S1101、于检测到所述目标位置处于非正常状态下，通过第一采集器或第二采集器获取当前所在平面的第一极限位置数据，控制所述终端设备移动以使所述第一采集器或所述第二采集器位于与所述第一极限位置数据匹配的位置；通常第一采集器和第二采集器安装于不同位置，以终端设备上第一采集器与第二采集器的中点作为对称点，在使用过程中，对称点所处位置可即为原点，以原点作为参考点可分别获取第一采集器和第二采集器的坐标数据，以横坐标值大的坐标数据所对应采集器获取当前所在平面的第一极限位置数据。
S1102、获取所述极限位置相对于水平面的第一垂直距离。其中，第一垂直距离相当于终端设备相对于水平面的距离。
作为进一步优选实施方案，上述的基于机器人的控制方法，其中，步骤S120、控制终端设备工作于第二预定模式，获取终端设备于当前状态下至水平面的第二垂直距离具体包括：
步骤S1201、控制所述终端设备获取第二极限位置，根据第二极限位置数据获取第一采集器或第二采集器至所述水平面的相对垂直距离；
步骤S1202、获取第一采集器或第二采集器当前的运动夹角，根据所述运动夹角、所述相对垂直距离计算形成第二垂直距离。
作为进一步优选实施方案，上述的基于机器人的控制方法，其中，步骤S140、获取所述目标位置的水平位移间距，根据所述相对距离、所述水平位移间距形成一控制信号输出，其中获取所述目标位置的水平位移间距具体包括：
步骤S1401、分别获取移动终端第二预定位置至第一极限位置的第一长度距离、至第二极限位置之间的第二长度距离；以及第一长度距离、第二长度距离之间的第二夹角；
步骤S1402、根据所述第一长度距离、第二长度距离和所述第二夹角计算形成所述水平位置间距。
列举一具体实施方式：
移动终端为一机器人，第一采集器、第二采集器可设置于机器人底部，机器人每步可以跨越最大距离Lmax，其中跨越最大距离由机器人重心位置，腿部长度及腿部转角等相关因素决定，这个跨越最大距离Lmax是可以在出厂前计算出来或者通过反复测试获得的并写到机器人的控制器。在行进的过程中，凹地的宽度或凸地的宽度以及机器人跨越前后两个平面的高度是随机的，这些需要机器人自己测量计算。测量计算上述数据需要在机器人腿部有角度传感器，机器人脚部有红外距离传感器。
如图1所示，以跨越凹地为例，以凹地两侧的平面为第一平面和第二平面(第一平面与第二平面可以在同一个水平面，可以处于不同水平面，本实施例中，以第一平面与第二平面不处于同一水平面为例)，机器人由第一平面跨越至第二平面，采集器检测到凹地位置(相当于靠近第一平面的边缘位置)时则判定为处于非正常状态，此时控制终端设备工作于第一预定模式，并移动至第一平面的第一极限位置以获取所述第一极限位置相对于水平面的第一垂直距离H1；
当获取到第一垂直距离之后，控制终端设备工作于第二预定模式，此时，第二预定模式下机器人抬高腿部，通过采集器探测到采集器S至第二平面的距离变化规律找到第二平面的边缘位置，测得采集器到第二平面边缘位置的距离B，同时通过角度传感器获取机器人腿部和垂直线的夹角x，继续控制机器人处于固定平衡状态，继续通过距离传感器测得脚部离地面垂直距离Ha。进而获取第二平面到水平面的距离H2,即，
H2＝Ha-B*cos(x)。
步骤S130、根据所述第一垂直距离、所述第二垂直距离形成相对距离；
相对距离为H＝H2-H1。
如图2所示，分别获取移动终端第二预定位置(腿部之间的交点)至第一极限位置的第一长度距离A、至第二极限位置之间的第二长度距离D；以及第一长度距离、第二长度距离之间的第二夹角a；根据所述第一长度距离、第二长度距离和所述第二夹角计算形成所述水平位置间距C,
C2＝A2+D2–2AD(cos a),因第二长度距离D为第一距离与底部到第二边缘距离B之和，则：
C2＝A2+(A+B)2–2A(A+B)(cos a)，
当C小于最大跨越距离Lmax，同时相对距离H小于高度Ht(Ht为预设高度，设置的方式有多种，此处不做具体限制)时形成第一类控制命令，机器人于第一类控制命令的作用下发生位移并越过目标位置；
当C不小于最大跨越距离Lmax，同时相对距离H不小于高度Ht的状态下形成第二类控制命令，终端设备于第二类控制命令的作用下执行相应的操作。第二类控制命令可为其他操作，例如停止移动，或者返回等操作。
另一方面，本发明再提供一种基于机器人的控制系统，其中，包括：
检测单元，用以于检测到目标位置处于非正常状态时控制终端设备工作于第一预定模式，并移动至当前所在平面的第一极限位置以获取所述第一极限位置相对于水平面的第一垂直距离；或者，
控制终端设备工作于第二预定模式，获取终端设备于当前状态下至水平面的第二垂直距离；
计算单元，用以根据所述第一垂直距离、所述第二垂直距离形成相对距离；
控制单元，用以获取所述目标位置的水平位移间距，根据所述相对距离、所述水平位移间距形成一控制信号输出。
优选地，上述的基于机器人的控制系统，其中，所述终端设备至少包括第一采集器、第二采集器，所述第一采集器安装于第一预定位置，所述第二采集器安装于第二预定位置。
优选地，上述的基于机器人的控制系统，其中，所述检测单元包括：
第一检测装置，用以于检测到所述目标位置处于非正常状态下，通过第一采集器或第二采集器获取当前所在平面的第一极限位置数据，控制所述终端设备移动以使所述第一采集器或所述第二采集器位于与所述第一极限位置数据匹配的位置；
第二检测装置，用以获取所述极限位置相对于水平面的第一垂直距离。
优选地，上述的基于机器人的控制系统，其中，所述检测单元还包括：
第三检测装置，用以于控制所述终端设备获取第二极限位置，根据第二极限位置数据获取第一采集器或第二采集器至所述水平面的相对垂直距离；
第一计算装置，用以获取第一采集器或第二采集器当前的运动夹角，根据所述运动夹角、所述相对垂直距离计算形成第二垂直距离。
优选地，上述的基于机器人的控制系统，其中，所述控制单元包括：
采集装置，分别获取移动终端第二预定位置至第一极限位置的第一长度距离、至第二极限位置之间的第二长度距离；以及第一长度距离、第二长度距离之间的第二夹角；
第二计算装置，根据所述第一长度距离、第二长度距离和所述第二夹角计算形成所述水平位置间距。
上述的基于机器人的控制系统的工作原理与上述的基于机器人的控制方法的工作原理相同，此处不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于机器人的控制方法，其特征在于，包括：
于检测到目标位置处于非正常状态时控制终端设备工作于第一预定模式，并移动至当前所在平面的第一极限位置以获取所述第一极限位置相对于水平面的第一垂直距离；
控制终端设备工作于第二预定模式，获取终端设备于当前状态下至水平面的第二垂直距离；
根据所述第一垂直距离、所述第二垂直距离形成相对距离；
获取所述目标位置的水平位移间距，根据所述相对距离、所述水平位移间距形成一控制信号输出。
2.根据权利要求1所述的基于机器人的控制方法，其特征在于，其中，所述终端设备至少包括第一采集器、第二采集器，所述第一采集器安装于第一预定位置，所述第二采集器安装于第二预定位置。
3.根据权利要求2所述的基于机器人的控制方法，其特征在于，于检测到目标位置处于非正常状态时控制终端设备工作于第一预定模式，并移动至当前所在平面的第一极限位置以获取所述第一极限位置相对于水平面的第一垂直距离；
于检测到所述目标位置处于非正常状态下，通过第一采集器或第二采集器获取当前所在平面的第一极限位置数据，控制所述终端设备移动以使所述第一采集器或所述第二采集器位于与所述第一极限位置数据匹配的位置；
获取所述极限位置相对于水平面的第一垂直距离。
4.根据权利要求3所述的基于机器人的控制方法，其特征在于，控制终端设备工作于第二预定模式，获取终端设备于当前状态下至水平面的第二垂直距离具体包括：
控制所述终端设备获取第二极限位置，根据第二极限位置数据获取第一采集器或第二采集器至所述水平面的相对垂直距离；
获取第一采集器或第二采集器当前的运动夹角，根据所述运动夹角、所述相对垂直距离计算形成第二垂直距离。
5.根据权利要求3所述的基于机器人的控制方法，其特征在于，其中，获取所述目标位置的水平位移间距具体包括：
分别获取移动终端第二预定位置至第一极限位置的第一长度距离、至第二极限位置之间的第二长度距离；以及第一长度距离、第二长度距离之间的第二夹角；
根据所述第一长度距离、第二长度距离和所述第二夹角计算形成所述水平位置间距。
6.一种基于机器人的控制系统，其特征在于，包括：
检测单元，用以于检测到目标位置处于非正常状态时控制终端设备工作于第一预定模式，并移动至当前所在平面的第一极限位置以获取所述第一极限位置相对于水平面的第一垂直距离；或者，
控制终端设备工作于第二预定模式，获取终端设备于当前状态下至水平面的第二垂直距离；
计算单元，用以根据所述第一垂直距离、所述第二垂直距离形成相对距离；
控制单元，用以获取所述目标位置的水平位移间距，根据所述相对距离、所述水平位移间距形成一控制信号输出。
7.根据权利要求6所述的基于机器人的控制系统，其特征在于，其中，所述终端设备至少包括第一采集器、第二采集器，所述第一采集器安装于第一预定位置，所述第二采集器安装于第二预定位置。
8.根据权利要求7所述的基于机器人的控制系统，其特征在于，所述检测单元包括：
第一检测装置，用以于检测到所述目标位置处于非正常状态下，通过第一采集器或第二采集器获取当前所在平面的第一极限位置数据，控制所述终端设备移动以使所述第一采集器或所述第二采集器位于与所述第一极限位置数据匹配的位置；
第二检测装置，用以获取所述极限位置相对于水平面的第一垂直距离。
9.根据权利要求8所述的基于机器人的控制系统，其特征在于，所述检测单元还包括：
第三检测装置，用以于控制所述终端设备获取第二极限位置，根据第二极限位置数据获取第一采集器或第二采集器至所述水平面的相对垂直距离；
第一计算装置，用以获取第一采集器或第二采集器当前的运动夹角，根据所述运动夹角、所述相对垂直距离计算形成第二垂直距离。
10.根据权利要求8所述的基于机器人的控制系统，其特征在于，其中，所述控制单元包括：
采集装置，分别获取移动终端第二预定位置至第一极限位置的第一长度距离、至第二极限位置之间的第二长度距离；以及第一长度距离、第二长度距离之间的第二夹角；
第二计算装置，根据所述第一长度距离、第二长度距离和所述第二夹角计算形成所述水平位置间距。
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