CN108789488A - 一种机器人运行状态监控方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种机器人运行状态监控方法及装置，实现了对机器人在实际运行环境中运行时状态监控的目的。其中，预先对关于事件逻辑的脚本进行解析，并根据所述事件逻辑生成事件监控程序，所述事件逻辑包括对机器人的运行状态进行判断的逻辑；所述方法包括：对机器人CAN总线上的数据包进行解析，得到机器人的运行数据，所述机器人的运行数据与所述事件监控程序匹配；根据所述机器人的运行数据运行所述事件监控程序，得到事件监控结果，实现对机器人运行状态的监控。

Description

一种机器人运行状态监控方法及装置

技术领域

本申请涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人运行状态监控方法及装置。

背景技术

在工业机器人产业的高速发展以及工业体系的新背景下，机器人范畴已经从过去的特种机器人、机械手变为新一代工业机器人和服务机器人，机器人的应用领域从过去简单的工业应用扩展到目前的社会服务和家庭服务等领域。由于现代的机器人与人类接触的机会越来越多，因此如何提高机器人运行时的安全性和可靠性至关重要。而提高机器人运行时的安全性和可靠性，需要严格的监控技术。

传统的机器人监控技术包括仿真测试技术，即通过对机器人以及机器人的应用场景进行仿真模拟来达到对机器人的运行状况进行监控测试的目的。如果出现问题，可以对机器人进行改造，尽可能消除的机器人在实际运行过程中的不安全因素。

然而，这种仿真测试技术中模拟的应用场景毕竟不是真实的运行环境，不能完全消除在真实运行环境中的不安全因素，加上这种仿真测试技术并不能做到对机器人在真实运行环境中的状态监控，所以很有可能出现在真实运行环境中出现机器人发生事故的情况。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本申请提供了一种机器人运行状态监控方法及装置，实现了对机器人在实际运行环境中运行时状态监控的目的。

本申请实施例提供了一种机器人运行状态监控方法，预先对关于事件逻辑的脚本进行解析，并根据所述事件逻辑生成事件监控程序，所述事件逻辑包括对机器人的运行状态进行判断的逻辑；

所述方法包括：

对机器人CAN总线上的数据包进行解析，得到机器人的运行数据，所述机器人的运行数据与所述事件监控程序匹配；

根据所述机器人的运行数据运行所述事件监控程序，得到事件监控结果，实现对机器人运行状态的监控。

可选的，所述数据包包括请求包和反馈包，所述事件逻辑包括：第一节点发送的请求包的标识与第二节点发送的反馈包中携带的请求包的标识相同，所述第一节点发送的请求包用于请求所述第二节点发送相应的数据，所述请求包中携带有所述第二节点的标识和所述请求包的标识，所述反馈包用于反馈所述第一节点请求的数据。

可选的，所述事件逻辑包括：机器人的运行电流低于或等于电流阈值。

可选的，所述机器人包括至少两个关节，所述事件逻辑包括：

所述至少两个关节之间不发生碰撞。

可选的，所述事件监控程序还包括处理程序，所述方法还包括：

根据所述事件监控结果调用相应的处理程序进行处理。

本申请实施例提供了一种机器人运行状态监控装置，所述装置包括：程序生成单元、数据获取单元和监控单元；

其中，所述程序生成单元，用于预先对关于事件逻辑的脚本进行解析，并根据所述事件逻辑生成事件监控程序，所述事件逻辑包括对机器人的运行状态进行判断的逻辑；

所述数据获取单元，用于对机器人CAN总线上的数据包进行解析，得到机器人的运行数据，所述机器人的运行数据与所述事件监控程序匹配；

所述监控单元，用于根据所述机器人的运行数据运行所述事件监控程序，得到事件监控结果，实现对机器人运行状态的监控。

可选的，所述数据包包括请求包和反馈包，所述事件逻辑包括：第一节点发送的请求包的标识与第二节点发送的反馈包中携带的请求包的标识相同，所述第一节点发送的请求包用于请求所述第二节点发送相应的数据，所述请求包中携带有所述第二节点的标识和所述请求包的标识，所述反馈包用于反馈所述第一节点请求的数据。

可选的，所述事件逻辑包括：机器人的运行电流低于或等于电流阈值。

可选的，所述机器人包括至少两个关节，所述事件逻辑包括：

所述至少两个关节之间不发生碰撞。

可选的，所述事件监控程序还包括处理程序，所述装置还包括：

处理单元，用于根据所述事件监控结果调用相应的处理程序进行处理。

现有技术采用仿真模拟机器人运行环境的仿真测试技术，而导致无法监控机器人在真实环境中运行状态的问题，本申请通过预先对关于事件逻辑的脚本进行解析，并根据所述事件逻辑生成事件监控程序，并对机器人在真实环境中运行时CAN总线上的数据包进行解析，得到机器人的运行数据，根据所述机器人的运行数据运行所述事件监控程序，得到事件监控结果，实现对机器人在真实环境中运行状态的监控，克服了现有技术存在的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例一提供的一种机器人运行状态监控方法的流程图；

图2为本申请实施例二中OUR-1机器人的结构示意图；

图3为本申请实施例二中OUR-1机器人本体关节的分布示意图；

图4为本申请实施例二中OUR-1机器人简化关节示意图；

图5为本申请实施例二中OUR-1机器人简化关节投影示意图；

图6为本申请实施例三提供的一种机器人运行状态监控装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

实施例一：

参见图1，该图为本申请实施例一提供的一种机器人运行状态监控方法的流程图。

本实施例提供的机器人运行状态监控方法包括如下步骤：

步骤S101：预先对关于事件逻辑的脚本进行解析，并根据所述事件逻辑生成事件监控程序。

在本实施例中，事件逻辑包括对机器人的运行状态进行判断的逻辑，例如对机器人在运行时的电流是否过高等的判断。根据所述事件逻辑生成事件监控程序，目的在于通过事件监控程序来监控机器人的运行状态，从而保证机器人的运行安全，所述运行安全不仅可以包括其自身的安全，还可以包括对周围人和物的安全。

在关于事件逻辑的脚本中，可以对以下三部分内容进行定义：第一部分是对数据包格式的定义；第二部分是对机器人状态变量的定义；第三部分是对事件逻辑的定义。

对于第一部分内容：机器人通常通过CAN(Controller Area Network,控制器局域网络)总线来传递数据包，因此可以对数据包的格式进行定义，具体可以包括数据包的开始标识、数据包的名称、长度、类型、时间等。其中，在本实施例中，数据包可以分为两类，一类是请求包，另一类是反馈包。假设一个节点表示机器人中的一个设备，那么当第一节点需要第二节点的数据时，第一节点先向CAN总线发送一个请求包，该请求包中携带有自己的标识和第二节点的标识，该请求包用于向第二节点请求发送相应的数据。机器人的中央控制器从CAN总线上获取该请求包，并根据该请求包中携带的第二节点的标识，通过CAN总线向第二节点发送与该请求包对应的数据请求命令。第二节点接到该请求命令后，向CAN总线发送反馈包，反馈包中除了携带有与请求包对应的数据以外，还包括请求包的标识。

对于第二部分内容，机器人状态变量涉及到变量的表示、变量的类型、变量的提取规则。如果事件监控程序是用java语言编写的，那么变量的表示应当符合java的变量表示规则，变量的类型也应当为符合java的变量类型，变量的提取规则可以根据变量起始位置和变量长度进行确定。如果事件逻辑涉及到历史数据，那么机器人状态变量还包括历史变量，历史变量可以看做是记录过去时刻的变量值的变量，其表达方式与状态变量相同。初次之外，还涉及到变量的初始化。

对于第三部分内容，事件逻辑的定义即为条件判断，判断事件是否发生。在实际应用中可以采用布尔表达式来表示，如果布尔表达式的值为真，则表示事件发生；如果布尔表达式的值为假，则表示事件未发生。或者反之。

当然，除了上述三部分内容，事件逻辑的脚本中还可以包括当事件发生时的处理逻辑。在根据事件逻辑生成事件监控程序的同时，自动生成与处理逻辑对应的处理程序，也就是说，事件监控程序中可以包括处理程序。

在实际应用中，可以将关于事件逻辑的脚本在.txt格式的文件中编写，然后将该文件导入到能够识别.txt格式的监控程序生成模块(例如JavaMOP)，以通过对该文件中的脚本进行解析，生成事件监控程序。

步骤S102：对机器人CAN总线上的数据包进行解析，得到机器人的运行数据，所述机器人的运行数据与所述事件监控程序匹配。

在得到所述事件监控程序后，对所述机器人CAN总线上的数据包进行解析，得到与事件监控程序匹配的机器人的运行数据，机器人的运行数据是指机器人在实际运行时产生的数据。

举个例子，如果事件监控程序包括机器人的运行电流是否小于或等于电流阈值，匹配的运行数据即包括机器人的运行电流。

再举个例子，如果事件监控程序包括第一节点发送的请求包的标识与第二节点发送的反馈包中携带的请求包的标识是否相同，则匹配的运行数据至少包括第一节点发送的请求包的标识以及第二节点发送的反馈包中携带的请求包的标识。

步骤S103：根据所述机器人的运行数据运行所述事件监控程序，得到事件监控结果，实现对机器人运行状态的监控。

在得到机器人的运行数据后，结合运行数据运行事件监控程序，得到事件监控结果，实现对机器人的运行状态的监控。现有技术采用仿真模拟机器人运行环境的仿真测试技术，而导致无法监控机器人在真实环境中运行状态的问题，本实施例通过预先对关于事件逻辑的脚本进行解析，并根据所述事件逻辑生成事件监控程序，并对机器人在真实环境中运行时CAN总线上的数据包进行解析，得到机器人的运行数据，根据所述机器人的运行数据运行所述事件监控程序，得到事件监控结果，实现对机器人在真实环境中运行状态的监控，克服了现有技术存在的技术问题。

实施例二：

本实施例以实际应用场景为例详细介绍本申请实施例一的技术方案。

本实施例选用OUR-1机器人为对象，OUR-1机器人是一种能够将三角形物体和矩形物体进行分类的机器人。它采用CAN-bus现场总线通信。OUR-1机器人系统主要由：机器人本体、控制箱和示教器组成，如图2所示。

OUR-1机器人本体共有6个关节，每个关节表示一个自由度。OUR-1机器人本体关节的分布如图3所示。

在图3中，A为基座，B为肩部，C为肘部，D、E、F为手腕1,2,3。基座、肩部和肘部采用大扭矩模块(OUJ100)，腕部采用的是小扭矩模块(OUJ30)。

A基座：用于机器人本体和底座连接的位置。

B肩部和C肘部之间以及肘部和手腕1之间通过铝管连接。腕部3与机器人工具(如抓手)相连。

控制箱是OUR-1机器人的主控部分。通过控制箱，用户可以控制各个关节的运动来移动机器人末端工具，完成对机器人的控制和安全监测。

控制箱尺寸(长宽高)：400/300/255mm。内部采用三代因特尔i7处理器，配有2GDDR3内存和32G固态硬盘。提供多个IO接口(DI(4)、DO(8)、AI(4)、AO(2)、4～20mA(1))，以及多种通讯方式(RS-232、RS-485、CAN-bus、100M TCP/IP、Modbus TCP)。示教器为用户提供了一个可视化的操作界面。用户可以通过示教器对机器人进行编程。图2中示教器采用12.1寸触摸屏，便于用户在线操作。示教器操作简单，无需任何编程基础的即可对机器人达到完美操作，并设由急停装置(红色按钮)，可瞬间停止机器人运动。

OUR-1规格参数：重量18.5kg，有效负载5kg，基座重量50kg，可达范围850mm，自由度6个(可根据需要自由配置成3-7个自由度)，关节范围-180°～+180°，关节最大速度50°/s，IO端口2Dl，2DO，2AI，12V/24V。

在本实施例中，对OUR-1机器人的运行状态进行监控的方法包括如下步骤：

步骤S201：预先对关于事件逻辑的脚本进行解析，并根据所述事件逻辑生成事件监控程序，所述事件逻辑包括对机器人的运行状态进行判断的逻辑。

下面详细介绍本实施例中针对OUR-1机器人的事件逻辑。

1、数据包格式

OUR-1机器人基于CAN-Bus现场总线通信。要保证其正常通信，必须保证总线上传递的数据包格式的正确性。在实施例一中提到，数据包可以分为两类，一类是请求包，另一类是反馈包。假设一个节点表示机器人中的一个设备，那么当第一节点需要第二节点的数据时，第一节点先向CAN总线发送一个请求包，该请求包中携带有自己的标识和第二节点的标识，该请求包用于向第二节点请求发送相应的数据。机器人的中央控制器从CAN总线上获取该请求包，并根据该请求包中携带的第二节点的标识，通过CAN总线向第二节点发送与该请求包对应的数据请求命令。第二节点接到该请求命令后，向CAN总线发送反馈包，反馈包中除了携带有与请求包对应的数据以外，还包括请求包的标识。保证数据包格式的正确主要是要保证反馈包格式的正确，即要求反馈包携带的请求包的标识与第一节点发送的请求包的标识保持一致，因为只有这样，反馈包才能被第一节点接收，否则无法被第一节点接收，导致信息传递失败。

所以，OUR-1机器人的事件逻辑包括：第一节点发送的请求包的标识与第二节点发送的反馈包中携带的请求包的标识相同。生成的事件监控程序包括：判断第一节点发送的请求包的标识与第二节点发送的反馈包中携带的请求包的标识是否相同，如果是，则表示事件为假；如果否，则表示事件为真。

2、运行电流

机器人的工作离不开电。电流是机器人的一个重要数据。本文根据机器人的运行电流判断机器人当前是否处于正常运行状态，即机器人运行电流是否在允许范围之内。OUR-1机器人为电机驱动机器人，其中直流电机的额定电流为1120mA。本实施例中直流电阈值不超过电机电流，设为额定电流1120mA。

所以，OUR-1机器人的事件逻辑包括：机器人的运行电流低于或等于电流阈值。在本实施例中，该电流阈值为1120mA。生成的事件监控程序包括：判断机器人的运行电流是否低于或等于电流阈值，如果是，则表示事件为假；如果否，则表示事件为真。

3、历史运行电流

第2点提到的运行电流为当前时刻的运行电流，工程作业中，有时需要根据历史数据包中的历史运行电流进行故障排查。

所以，OUR-1机器人的事件逻辑包括：机器人上一个数据包中的历史运行电流低于或等于电流阈值。在本实施例中，该电流阈值为1120mA。生成的事件监控程序包括：判断机器人上一个数据包中的历史运行电流是否低于或等于电流阈值，如果是，则表示事件为假；如果否，则表示事件为真。

4、关节碰撞

OUR-1机器人有6个关节。若关节间发生碰撞，它将不能工作。为保证它能正常工作，必须保证其关节在工作过程中不发生碰撞。

参见图4，本实施例将每一个关节简化为一个中间的圆柱体和两端半径为r的半球体组成的实体，中间圆柱体的母线为l。由于关节为三维，为了计算方便，将三维的关节通过投影的方式转换为二维，例如转换到xoy平面中(参见图5，该图为其中一节关节的投影示意图)，变为由一个矩形和两个圆构成的对象。简化后的关节在平面直角坐标系中的正投影可能是圆，也可以是矩形与两圆并集。因此在平面坐标系中有圆—圆不相交判断、圆—矩形与两圆并集不相交判断以及矩形与两圆并集—矩形与两圆并集不相交判断。

关节碰撞监控的一个重要参数为关节角度，关节角度为两个关节之间的角度，该角度随着机器人的运行动作的改变而发生变化。事件逻辑可以包括“AngleRight”，“TwoCircle”，“CircleCylinder”和“TwoCylinder”。其中，“AngleRight”表示关节角度数据本身是否正确，即需要满足(-π π)范围内，生成的事件监控程序包括：判断关节角度是否在(-π，π)范围内，如果是，则表示事件为假；如果否，则表示事件为真。“TwoCircle”表示任意两关节正投影为两个圆时不相交，生成的事件监控程序包括：判断任意两关节正投影为两个圆时是否相交，如果是，则表示事件为假；如果否，则表示事件为真。“CircleCylinder”表示任意两关节正投影一个为圆，另一个为矩形时不相交，生成的事件监控程序包括：判断任意两关节正投影一个为圆，另一个为矩形与两圆时是否相交，如果是，则表示事件为假；如果否，则表示事件为真。“TwoCylinder”表示任意两关节正投影为两个矩形与两圆时不相交，生成的事件监控程序包括：判断任意两关节正投影为两个矩形与两圆时是否相交，如果是，则表示事件为假；如果否，则表示事件为真。

在实际应用中，当事件为真还是为假可以采用状态迁移的形式来表示。状态迁移用来描述系统或对象的状态，以及导致系统或对象的状态改变的事件，从而描述系统的行为，属于结构化分析方法使用工具。在本实施例中，如果事件为真时，则不进行状态迁移；如果事件为假，则进行状态迁移。

步骤S202:对机器人CAN总线上的数据包进行解析，得到机器人的运行数据，所述机器人的运行数据与所述事件监控程序匹配。

步骤S203:根据所述机器人的运行数据运行所述事件监控程序，得到事件监控结果，实现对机器人运行状态的监控。

在本实施例中，事件监控程序还包括处理程序，在得到事件监控结果后，根据所述事件监控结果调用相应的处理程序进行处理，例如进行报警、或生成提示信息供用户决策。

基于以上实施例提供的一种机器人运行状态监控方法，本申请实施例还提供了一种机器人运行状态监控装置，下面结合附图来详细说明其工作原理。

实施例三

参见图6，该图为本申请实施例三提供的一种机器人运行状态监控装置的结构框图。

本实施例提供的机器人运行状态监控装置包括：程序生成单元101、数据获取单元102和监控单元103；

其中，所述程序生成单元101，用于预先对关于事件逻辑的脚本进行解析，并根据所述事件逻辑生成事件监控程序，所述事件逻辑包括对机器人的运行状态进行判断的逻辑；

所述数据获取单元102，用于对机器人CAN总线上的数据包进行解析，得到机器人的运行数据，所述机器人的运行数据与所述事件监控程序匹配；

所述监控单元103，用于根据所述机器人的运行数据运行所述事件监控程序，得到事件监控结果，实现对机器人运行状态的监控。

现有技术采用仿真模拟机器人运行环境的仿真测试技术，而导致无法监控机器人在真实环境中运行状态的问题，本实施例通过预先对关于事件逻辑的脚本进行解析，并根据所述事件逻辑生成事件监控程序，并对机器人在真实环境中运行时CAN总线上的数据包进行解析，得到机器人的运行数据，根据所述机器人的运行数据运行所述事件监控程序，得到事件监控结果，实现对机器人在真实环境中运行状态的监控，克服了现有技术存在的技术问题。

可选的，所述数据包包括请求包和反馈包，所述事件逻辑包括：第一节点发送的请求包的标识与第二节点发送的反馈包中携带的请求包的标识相同，所述第一节点发送的请求包用于请求所述第二节点发送相应的数据，所述请求包中携带有所述第二节点的标识和所述请求包的标识，所述反馈包用于反馈所述第一节点请求的数据。

可选的，所述事件逻辑包括：机器人的运行电流低于或等于电流阈值。

可选的，所述机器人包括至少两个关节，所述事件逻辑包括：

所述至少两个关节之间不发生碰撞。

可选的，所述事件监控程序还包括处理程序，所述装置还包括：

处理单元，用于根据所述事件监控结果调用相应的处理程序进行处理。

当介绍本申请的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都是包括性的并意味着除了列出的元件之外，还可以有其它元件。

需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory,RAM)等。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元及模块可以是或者也可以不是物理上分开的。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人运行状态监控方法，其特征在于，

预先对关于事件逻辑的脚本进行解析，并根据所述事件逻辑生成事件监控程序，所述事件逻辑包括对机器人的运行状态进行判断的逻辑；

所述方法包括：

对机器人CAN总线上的数据包进行解析，得到机器人的运行数据，所述机器人的运行数据与所述事件监控程序匹配；

根据所述机器人的运行数据运行所述事件监控程序，得到事件监控结果，实现对机器人运行状态的监控。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据包包括请求包和反馈包，所述事件逻辑包括：第一节点发送的请求包的标识与第二节点发送的反馈包中携带的请求包的标识相同，所述第一节点发送的请求包用于请求所述第二节点发送相应的数据，所述请求包中携带有所述第二节点的标识和所述请求包的标识，所述反馈包用于反馈所述第一节点请求的数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述事件逻辑包括：机器人的运行电流低于或等于电流阈值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机器人包括至少两个关节，所述事件逻辑包括：

所述至少两个关节之间不发生碰撞。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述事件监控程序还包括处理程序，所述方法还包括：

根据所述事件监控结果调用相应的处理程序进行处理。

6.一种机器人运行状态监控装置，其特征在于，所述装置包括：程序生成单元、数据获取单元和监控单元；

其中，所述程序生成单元，用于预先对关于事件逻辑的脚本进行解析，并根据所述事件逻辑生成事件监控程序，所述事件逻辑包括对机器人的运行状态进行判断的逻辑；

所述数据获取单元，用于对机器人CAN总线上的数据包进行解析，得到机器人的运行数据，所述机器人的运行数据与所述事件监控程序匹配；

所述监控单元，用于根据所述机器人的运行数据运行所述事件监控程序，得到事件监控结果，实现对机器人运行状态的监控。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数据包包括请求包和反馈包，所述事件逻辑包括：第一节点发送的请求包的标识与第二节点发送的反馈包中携带的请求包的标识相同，所述第一节点发送的请求包用于请求所述第二节点发送相应的数据，所述请求包中携带有所述第二节点的标识和所述请求包的标识，所述反馈包用于反馈所述第一节点请求的数据。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述事件逻辑包括：机器人的运行电流低于或等于电流阈值。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述机器人包括至少两个关节，所述事件逻辑包括：

所述至少两个关节之间不发生碰撞。

10.根据权利要求6-9任意一项所述的装置，其特征在于，所述事件监控程序还包括处理程序，所述装置还包括：

处理单元，用于根据所述事件监控结果调用相应的处理程序进行处理。