CN109933065B - 一种精平机器人电气控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精平机器人电气控制方法，该方法包括对走道板的巡线带进行识别控制两台精平机器人沿巡线同步行进，检测调头标记控制主从精平机器人进行旋转调头，当精平机器人检测调头标记次数达到设定阈值时检测横向调度标记，控制主从精平机器人进行横向调度。本发明通过设置调头标记和横向调度标记对两台精平机器人巡线运动、旋转调头运动及横向调度运动分别进行控制，实现了精平机器人全自动电气控制，能够实现整个粮面的自动平整工作，大大提高粮食平整工作的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于粮食储藏技术领域，具体涉及一种精平机器人电气控制方法。
背景技术
目前，高大平房仓和浅圆仓是我国粮食储备中的主导仓型。在粮食储藏过程中，平仓 作业是储粮管理的基本要求，其次是要布设测温电缆，这两种作业均采用人工操作完成。 粮食“四散”流通技术(即散装、散运、散卸、散存)是当前粮食物流技术的发展趋势，“散装”是其中关键环节之一。近年来，国家投资兴建了大批中央粮食储备库，这些储备 库多以高大平房仓和浅圆仓为主，粮食储存、运输方式多为散装和散运的形式。我国智能 平仓除杂设备的严重缺失，直接制约了提升总公司仓储技术装备水平的发展要求，因此应 加快平仓除杂关键技术及配套装备的研制工作。
粮面平整是粮食储藏中的重要环节，直接影响到储粮工作的整体水平。目前国内粮仓 多为人工平粮，存在工作量大，工作效率低，劳动强度大，作业环境恶劣等问题。
发明内容
本发明的发明目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种精平 机器人电气控制方法。
本发明的技术方案是：一种精平机器人电气控制方法，包括以下步骤：
A、利用机器视觉模块对走道板的巡线带进行识别，根据识别结果控制两台精平机器人 沿巡线同步行进；
B、在起始位置和调头位置设置调头标记，利用精平机器人检测调头标记，控制主从精 平机器人进行旋转调头；
C、判断精平机器人检测调头标记次数是否达到设定阈值；若是，则进行下一步骤；若 否，则返回步骤B；
D、在横向调度位置设置横向调度标记，利用精平机器人检测横向调度标记，控制主从 精平机器人进行横向调度。
进一步地，所述步骤A中，两台精平机器人采用主从机方式进行数据同步，在两台精 平机器人开机后，主精平机器人首先发送准备指令，以确认从精平机器人已经准备好开始 巡线，待主精平机器人确认从精平机器人准备完毕后，向从精平机器人发送速度指令，同 时以该速度进行巡线，从精平机器人接收到巡线速度指令后同时以该速度进行巡线。
进一步地，所述步骤A中，利用机器视觉模块对走道板的巡线带进行识别，获取精平 机器人中线距离巡线带中线的距离，再根据精平机器人中线距离巡线带中线的距离采用PID 控制算法调整精平机器人转向角度，控制两台精平机器人沿巡线同步行进。
进一步地，所述步骤B中，沿精平机器人巡线方向，在精平机器人的起始位置和调头 位置分别设置调头标记，并利用机器视觉模块检测调头标记进行定位。
进一步地，所述步骤B中，沿精平机器人巡线方向，在走道板外侧位置设置有抬升标 记，利用精平机器人检测抬升标记，控制主从精平机器人抬升或放下刮粮机构。
进一步地，当精平机器人检测到抬升标记后，控制主从精平机器人抬升刮粮机构；当 精平机器人再次检测到抬升标记后，控制主从精平机器人放下刮粮机构。
进一步地，所述步骤B中，利用精平机器人检测调头标记，控制主从精平机器人旋转 180度，完成旋转调头后沿巡线同步行进。
进一步地，所述步骤D中，当精平机器人检测调头标记次数达到设定阈值后，控制主 从精平机器人旋转90度，沿巡线同步行进；利用精平机器人检测横向调度标记，控制主从 精平机器人旋转90度，沿巡线同步行进。
本发明的有益效果是：本发明通过设置调头标记和横向调度标记对两台精平机器人巡 线运动、旋转调头运动及横向调度运动分别进行控制，实现了精平机器人全自动电气控制， 能够实现整个粮面的自动平整工作，大大提高粮食平整工作的工作效率。
附图说明
图1为本发明的精平机器人电气控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本 发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
如图1所示，为本发明的精平机器人电气控制方法的流程示意图。一种精平机器人电 气控制方法，包括以下步骤：
A、利用机器视觉模块对走道板的巡线带进行识别，根据识别结果控制两台精平机器人 沿巡线同步行进；
B、在起始位置和调头位置设置调头标记，利用精平机器人检测调头标记，控制主从精 平机器人进行旋转调头；
C、判断精平机器人检测调头标记次数是否达到设定阈值；若是，则进行下一步骤；若 否，则返回步骤B；
D、在横向调度位置设置横向调度标记，利用精平机器人检测横向调度标记，控制主从 精平机器人进行横向调度。
在步骤A中，本发明采用两台精平机器人实现双机器人同步巡线作业，按照铺走道板 的方式，利用机器视觉模块对走道板的巡线带进行识别，进行左右、前后移动，并实时保持两机器人动作一致同步。
本发明利用Openmv模块根据走道板的白色线带进行双机巡线，使用Openmv视觉开源算法检测机器人中线距离巡线带中线的距离，当机器人中线偏离线带中线后，视为偏离巡线，机器人通过此距离X进行PID不停地调整机器人转向角度，使机器人在行进过程一 直处于巡线带中心，以达到巡线的效果，防止机器人偏离走道板。
本发明通过Openmv双机巡线，可以保证机器人不会偏离走道板，达到巡线的效果。但是要实现完整的精平作业，还要保证两机器人同步，为了防止机器人一前一后不同步的情况，本方案使用同步两机器人速度的方法保持两机器人同步。两机器人在测试过程中设置0.1m/s的速度同时前进，其中该巡线的速度可以根据实际情况进行调整。
本发明的两台精平机器人采用主从机方式进行数据同步，在机器人开机后，主机首先 发送准备指令，以确认从机已经准备好开始巡线，待主机确认从机准备完毕后，向从机发 送速度指令(0.1m/s速度)，同时以该速度进行巡线，从机接收到巡线速度指令后同时以 0.1m/s的速度进行巡线，以确保两机器人同步。
本发明中双机通信协议按照原有底盘通信协议，在原有基础上增加相关命令指令，如 表1所示。
表1、双机通信协议
其中具体的动作指令如表2所示。
表2、动作指令表
每次执行新的动过指令前，首先主从机完成握手通信，以保证两机器人同步。
在步骤B中，本发明沿精平机器人巡线方向，在精平机器人的起始位置和调头位置分 别设置调头标记，并利用机器视觉模块检测调头标记进行定位，具体为设置AprilTag标记， 机器人行进过程中摄像头在检测到标记时，输出数据001，当主机接收到数据001时读取当 前角度，旋转至180度位置停止，找正方向并接收到从机旋转完成回复的指令时开始行进。
为了避免精平机器人移动至巡线带时越过走道板至下一个区域工作，本发明沿精平机 器人巡线方向，在走道板外侧位置设置有抬升标记，利用精平机器人检测抬升标记，控制 主从精平机器人抬升或放下刮粮机构。当精平机器人检测到抬升标记后，控制主从精平机 器人抬升刮粮机构；当精平机器人再次检测到抬升标记后，控制主从精平机器人放下刮粮 机构。
本发明利用精平机器人检测调头标记，控制主从精平机器人旋转180度，完成旋转调 头后沿巡线同步行进；其中主精平机器人的控制流程具体为首先判断是否检测到AprilTag 标记，若是则通知从机；获取当前陀螺仪角度，判断陀螺仪角度是否小于180，若是，则控 制主精平机器人顺时针旋转，陀螺仪角度增加，若否，则控制主精平机器人逆时针旋转， 陀螺仪角度减小；当主精平机器人顺时针旋转时判断陀螺仪角度是否小于获取的角度加180 度，若是，停止旋转，若否，则继续控制主精平机器人顺时针旋转；当主精平机器人逆时 针旋转时判断陀螺仪角度是否大于获取的角度减180度，若是，停止旋转，若否，则继续 控制主精平机器人逆时针旋转；再判断巡线带是否在摄像头左边，即avg是否小于150，若 是，则机器人顺时针旋转avg增加，若否，则判断巡线带是否在摄像头右边，即avg是否大于156，若是，则机器人逆时针旋转avg减少；当巡线带在摄像头中间，即avg大于等于 150且小于等于156时，则停止旋转，等待收到从机回复后发送速度指令，双机器人沿巡线 同步行进。
从精平机器人的控制流程具体为首先接收主机发送的转向指令，获取当前陀螺仪角度， 判断陀螺仪角度是否小于180，若是，则控制从精平机器人顺时针旋转，陀螺仪角度增加， 若否，则控制从精平机器人逆时针旋转，陀螺仪角度减小；当从精平机器人顺时针旋转时 判断陀螺仪角度是否小于获取的角度加180度，若是，停止旋转，若否，则继续控制从精 平机器人顺时针旋转；当从精平机器人逆时针旋转时判断陀螺仪角度是否大于获取的角度 减180度，若是，停止旋转，若否，则继续控制从精平机器人逆时针旋转；再判断巡线带是否在摄像头左边，即avg是否小于150，若是，则机器人顺时针旋转avg增加，若否，则 判断巡线带是否在摄像头右边，即avg是否大于156，若是，则机器人逆时针旋转avg减少； 当巡线带在摄像头中间，即avg大于等于150且小于等于156时，则停止旋转，回复主机 后接收主机发送的速度指令，双机器人沿巡线同步行进。
在步骤C中，本发明在每次精平机器人检测调头标记后即判断精平机器人检测调头标 记次数是否达到设定阈值；若是，则执行下一步骤，进行横向调度；若否，则返回步骤B， 继续进行调头控制。
在步骤D中，当精平机器人检测调头标记次数达到设定阈值后，控制主从精平机器人 旋转90度，沿巡线同步行进；利用精平机器人检测横向调度标记，控制主从精平机器人旋 转90度，沿巡线同步行进，从而完成双机器人在相邻工作区的横向调度。
其中，主精平机器人的控制流程具体为首先双机握手以相同速度启动，再接收从机信 息，判断是否检测到标记，若是，则接收从机信息，分析信息执行要求动作，若否，则进行巡线运动。
从机与主机程序逻辑具有对称性，主机发送信息时从机作为接收方，从机发送速度时 主机作为接收方。
上述双机握手通信流程具体为主机开机打开定时器发送本身的状态信息给对方并等待 对方信息，接收到以后开始运行。其中发送的消息封装在Msg结构体中，正常行进时将 Msg.address赋值0xaa，当检测到标记1时Msg.address＝0xf1，检测标记2时Msg.address＝0xf2, 检测标记3时Msg.address＝0xf3。主机通过串口5进行发送数据，从机通过串口4发送，接 收信息时设置与Msg对应的loc结构体保存信息，根据loc.address的值判断从机当前状态。
本发明的双机器人开始运行后，摄像头一直检测并输出白线在屏幕中位置信息，当检 测到标记时进行标记信号处理，检测到标记1两次以内时旋转180度，当第三次检测到标 记1，顺时针旋转90度，在行进过程中每次检测到标记2时，控制推杆进行换向，即前行接近走道板时开始抬杠，180度调头旋转以后检测到标记2放下刮粮机构继续平粮。横向从区域I移动到区域II或从区域II移动到区域I时通过检测标记3旋转90度。
本发明的双机器人在通信过程中的指令解析规则具体为在检测到每个标记点时和正常 行走过程中，需要发送不同的指令通知对方。通讯时设置了apriltag_X标记记录主从机的状 态，其中X为1,2,3，表示标记的种类。apriltag_x初始为0，当自身检测到标记1时， apriltag_x＝apritag_x|0x01；当接收到对方信息时apriltag_x＝apriltag_x|0x10；所以apriltag_x为 0x11时即表示主从机都检测到标记，可以进行旋转操作。
本发明的精平机器人电气控制过程中，机器人从始点走到终点以后要求原路返回从终 点再走回起点，此时机器人需要知道当前的方向，从而确定在转90度时是逆时针还是顺时 针旋转。机器人整体调度逻辑为：定义方向标志为direction_flag；初始化为0，即0表示当 前从I区运行到II区，1表示从II区往I区。每次在平移到另外一个区时将标记值取反，在 运行过程中将该标记值作为转向的重要参考。
当双机都检测到标记1三次时，判断方向标志是否为0，若是则双机顺时针旋转90度， 若否，则双机逆时针旋转90度；双机顺时针旋转后判断双机其中一台是否检测到标记3， 若是，则将方向标志记为1，若否，则重新进行判断；当双机逆时针旋转后判断双机其中一 台是否检测到标记3，若是，则将方向标志记为0，若否，则重新进行判断。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的 原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通 技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体 变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种精平机器人电气控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、利用机器视觉模块对走道板的巡线带进行识别，根据识别结果控制两台精平机器人沿巡线同步行进；
B、在起始位置和调头位置设置调头标记，利用精平机器人检测调头标记，控制主从精平机器人进行旋转调头；
沿精平机器人巡线方向，在精平机器人的起始位置和调头位置分别设置调头标记，并利用机器视觉模块检测调头标记进行定位，具体为设置AprilTag标记，机器人行进过程中摄像头在检测到标记时，输出数据001，当主机接收到数据001时读取当前角度，旋转至180度位置停止，找正方向并接收到从机旋转完成回复的指令时开始行进；
沿精平机器人巡线方向，在走道板外侧位置设置有抬升标记，利用精平机器人检测抬升标记，控制主从精平机器人抬升或放下刮粮机构；当精平机器人检测到抬升标记后，控制主从精平机器人抬升刮粮机构；当精平机器人再次检测到抬升标记后，控制主从精平机器人放下刮粮机构；
利用精平机器人检测调头标记，控制主从精平机器人旋转180度，完成旋转调头后沿巡线同步行进；其中主精平机器人的控制流程具体为首先判断是否检测到AprilTag标记，若是则通知从机；获取当前陀螺仪角度，判断陀螺仪角度是否小于180，若是，则控制主精平机器人顺时针旋转，陀螺仪角度增加，若否，则控制主精平机器人逆时针旋转，陀螺仪角度减小；当主精平机器人顺时针旋转时判断陀螺仪角度是否小于获取的角度加180度，若是，停止旋转，若否，则继续控制主精平机器人顺时针旋转；当主精平机器人逆时针旋转时判断陀螺仪角度是否大于获取的角度减180度，若是，停止旋转，若否，则继续控制主精平机器人逆时针旋转；再判断巡线带是否在摄像头左边，即avg是否小于150，若是，则机器人顺时针旋转avg增加，若否，则判断巡线带是否在摄像头右边，即avg是否大于156，若是，则机器人逆时针旋转avg减少；当巡线带在摄像头中间，即avg大于等于150且小于等于156时，则停止旋转，等待收到从机回复后发送速度指令，双机器人沿巡线同步行进；
从精平机器人的控制流程具体为首先接收主机发送的转向指令，获取当前陀螺仪角度，判断陀螺仪角度是否小于180，若是，则控制从精平机器人顺时针旋转，陀螺仪角度增加，若否，则控制从精平机器人逆时针旋转，陀螺仪角度减小；当从精平机器人顺时针旋转时判断陀螺仪角度是否小于获取的角度加180度，若是，停止旋转，若否，则继续控制从精平机器人顺时针旋转；当从精平机器人逆时针旋转时判断陀螺仪角度是否大于获取的角度减180度，若是，停止旋转，若否，则继续控制从精平机器人逆时针旋转；再判断巡线带是否在摄像头左边，即avg是否小于150，若是，则机器人顺时针旋转avg增加，若否，则判断巡线带是否在摄像头右边，即avg是否大于156，若是，则机器人逆时针旋转avg减少；当巡线带在摄像头中间，即avg大于等于150且小于等于156时，则停止旋转，回复主机后接收主机发送的速度指令，双机器人沿巡线同步行进；
C、判断精平机器人检测调头标记次数是否达到设定阈值；若是，则进行下一步骤；若否，则返回步骤B；
D、在横向调度位置设置横向调度标记，利用精平机器人检测横向调度标记，控制主从精平机器人进行横向调度。
2.如权利要求1所述的精平机器人电气控制方法，其特征在于，所述步骤A中，两台精平机器人采用主从机方式进行数据同步，在两台精平机器人开机后，主精平机器人首先发送准备指令，以确认从精平机器人已经准备好开始巡线，待主精平机器人确认从精平机器人准备完毕后，向从精平机器人发送速度指令，同时以该速度进行巡线，从精平机器人接收到巡线速度指令后同时以该速度进行巡线。
3.如权利要求2所述的精平机器人电气控制方法，其特征在于，所述步骤A中，利用机器视觉模块对走道板的巡线带进行识别，获取精平机器人中线距离巡线带中线的距离，再根据精平机器人中线距离巡线带中线的距离采用PID控制算法调整精平机器人转向角度，控制两台精平机器人沿巡线同步行进。
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