CN110370269B - 搬运机器人旋转控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了搬运机器人旋转控制方法和装置，涉及计算机技术领域。该方法的一具体实施方式包括：根据控制搬运机器人旋转的任务，确定搬运机器人的合成角位移，并根据合成角位移生成合成速度指令和合成位置指令；根据合成速度指令，生成第一速度指令和第二速度指令，并根据合成位置指令，生成第一位置指令和第二位置指令；利用第一速度指令和第一位置指令，控制车体旋转，并利用第二速度指令和第二位置指令，控制托盘旋转。该实施方式能够确定搬运机器人的合成角位移，然后生成速度指令和位置指令，进而利用速度指令和位置指令控制车体和托盘在同一时刻完成同步旋转动作，保证了搬运机器人的定位准确性，提高了机器人的工作效率。

Description

搬运机器人旋转控制方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种搬运机器人旋转控制方法和装置。

背景技术

当今物流技术的发展已经全面迈向信息化和无人化，越来越多的搬运机器人被投放在仓库中，用于货物的搬运。搬运机器人可以包括车体和可旋转的托盘，并采用可旋转的托盘顶起货架进行搬运，在机器人原地转向时，车体和托盘只有以相反的方向同步旋转才能保持货架不动。

现有技术采用传统的速度控制模式控制车体和托盘同步旋转，即托盘和车体各自按照自身所需旋转的角度进行速度规划，达到同步旋转的目的。在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：由于托盘和车体在同步旋转时所需转过的角度不同，仅采用速度控制难以保证托盘和车体在同一时刻到达目标位置，降低了机器人的工作效率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种搬运机器人旋转控制方法和装置，能够保证搬运机器人的定位准确性，提高机器人的工作效率。

为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种搬运机器人旋转控制方法。

本发明实施例的一种搬运机器人旋转控制方法，包括：根据控制搬运机器人旋转的任务，确定所述搬运机器人的合成角位移，并根据所述合成角位移生成合成速度指令和合成位置指令；根据所述合成速度指令，生成第一速度指令和第二速度指令，并根据所述合成位置指令，生成第一位置指令和第二位置指令；利用所述第一速度指令和所述第一位置指令，控制所述车体旋转，并利用所述第二速度指令和所述第二位置指令，控制所述托盘旋转。

可选地，根据控制搬运机器人旋转的任务，确定所述搬运机器人的合成角位移，包括：根据控制搬运机器人旋转的任务，获取所述搬运机器人的车体需要旋转的第一角位移和所述搬运机器人的托盘需要旋转的第二角位移；利用所述第一角位移和所述第二角位移构建直角坐标系，计算所述搬运机器人的合成角位移。

可选地，在计算所述搬运机器人的合成角位移之后，所述方法还包括：计算所述合成角位移与所述第一角位移之间的第一夹角或者计算所述合成角位移与所述第二角位移之间的第二夹角；以及

根据所述合成速度指令，生成第一速度指令和第二速度指令，并根据所述合成位置指令，生成第一位置指令和第二位置指令，包括：根据所述合成速度指令，以及所述第一夹角或者所述第二夹角中任一个夹角，基于正弦定理计算所述车体的第一速度指令和所述托盘的第二速度指令；根据所述合成位置指令，以及所述第一夹角或者所述第二夹角中任一个夹角，基于正弦定理计算所述车体的第一位置指令和所述托盘的第二位置指令。

可选地，根据所述合成角位移生成合成速度指令和合成位置指令包括：基于梯形速度规划算法，根据所述搬运机器人的最大速度和加速度，对所述合成角位移进行速度规划，生成所述搬运机器人的合成速度指令和合成位置指令。

可选地，利用所述第一速度指令和所述第一位置指令，控制所述车体旋转，并利用所述第二速度指令和所述第二位置指令，控制所述托盘旋转，包括：将所述第一速度指令与所述车体的前馈增益的乘积作为所述车体的第一速度前馈量下发至所述车体的速度环，将所述第一位置指令下发至所述车体的位置环，并获取所述车体的第一位置环比例增益，控制所述车体旋转；将所述第二速度指令与所述托盘的前馈增益的乘积作为所述托盘的第二速度前馈量下发至所述托盘的速度环，将所述第二位置指令下发至所述托盘的位置环，并获取所述托盘的第二位置环比例增益，控制所述托盘旋转。

可选地，在获取所述车体的第一位置环比例增益之前，所述方法还包括：根据稳态误差设置所述第一位置环比例增益，并根据所述车体的旋转剩余角位移，采用分段比例增益的方式调整所述第一位置环比例增益；以及

在获取所述托盘的第二位置环比例增益之前，所述方法还包括：根据稳态误差设置所述第二位置环比例增益，并根据所述托盘的旋转剩余角位移，采用分段比例增益的方式调整所述第二位置环比例增益。

为实现上述目的，根据本发明实施例的再一方面，提供了一种搬运机器人旋转控制装置。

本发明实施例的一种搬运机器人旋转控制装置，包括：确定模块，用于根据控制搬运机器人旋转的任务，确定所述搬运机器人的合成角位移，并根据所述合成角位移生成合成速度指令和合成位置指令；生成模块，用于根据所述合成速度指令，生成第一速度指令和第二速度指令，并根据所述合成位置指令，生成第一位置指令和第二位置指令；控制模块，用于利用所述第一速度指令和所述第一位置指令，控制所述车体旋转，并利用所述第二速度指令和所述第二位置指令，控制所述托盘旋转。

可选地，所述确定模块还用于：根据控制搬运机器人旋转的任务，获取所述搬运机器人的车体需要旋转的第一角位移和所述搬运机器人的托盘需要旋转的第二角位移；利用所述第一角位移和所述第二角位移构建直角坐标系，计算所述搬运机器人的合成角位移。

可选地，所述确定模块还用于：计算所述合成角位移与所述第一角位移之间的第一夹角或者计算所述合成角位移与所述第二角位移之间的第二夹角；以及

所述生成模块还用于：根据所述合成速度指令，以及所述第一夹角或者所述第二夹角中任一个夹角，基于正弦定理计算所述车体的第一速度指令和所述托盘的第二速度指令；根据所述合成位置指令，以及所述第一夹角或者所述第二夹角中任一个夹角，基于正弦定理计算所述车体的第一位置指令和所述托盘的第二位置指令。

可选地，所述确定模块还用于：基于梯形速度规划算法，根据所述搬运机器人的最大速度和加速度，对所述合成角位移进行速度规划，生成所述搬运机器人的合成速度指令和合成位置指令。

可选地，所述控制模块还用于：将所述第一速度指令与所述车体的前馈增益的乘积作为所述车体的第一速度前馈量下发至所述车体的速度环，将所述第一位置指令下发至所述车体的位置环，并获取所述车体的第一位置环比例增益，控制所述车体旋转；将所述第二速度指令与所述托盘的前馈增益的乘积作为所述托盘的第二速度前馈量下发至所述托盘的速度环，将所述第二位置指令下发至所述托盘的位置环，并获取所述托盘的第二位置环比例增益，控制所述托盘旋转。

可选地，所述控制模块还用于：根据稳态误差设置所述第一位置环比例增益，并根据所述车体的旋转剩余角位移，采用分段比例增益的方式调整所述第一位置环比例增益；根据稳态误差设置所述第二位置环比例增益，并根据所述托盘的旋转剩余角位移，采用分段比例增益的方式调整所述第二位置环比例增益。

为实现上述目的，根据本发明实施例的再一方面，提供了一种电子设备。

本发明实施例的一种电子设备包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现本发明实施例的搬运机器人旋转控制方法。

为实现上述目的，根据本发明实施例的又一方面，提供了一种计算机可读介质。

本发明实施例的一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现本发明实施例的搬运机器人旋转控制方法。

上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：能够确定搬运机器人的合成角位移，然后生成速度指令和位置指令，进而利用速度指令和位置指令控制车体和托盘在同一时刻完成同步旋转动作，从而可以保证搬运机器人的定位准确性，提高机器人的工作效率；本发明实施例中首先获取车体的第一角位移和托盘的第二角位移，从而可以利用第一角位移和第二角位移计算搬运机器人的合成角位移；本发明实施例中，在获得合成角位移之后，计算第一夹角或者第二夹角，然后利用计算的夹角，分别生成车体的速度指令和位置指令以及托盘的速度指令和位置指令，从而可以利用速度和位置达到同步旋转的效果，提高搬运机器人的定位精度和工作效率；本发明实施例中采用梯形速度规划算法对合成角位移进行速度规划，从而可以获得搬运机器人每一刻的速度指令和位置指令；本发明实施例中将第一速度指令和第二速度指令与其相应前馈增益的乘积作为速度前馈量下发至各自速度环控制器，从而可以有效提高系统的带宽，减小位置跟随误差和超调；本发明实施例中借助稳态误差调节车体和托盘的位置环比例增益，达到实现不同电机之间的响应特性匹配的效果，另外本发明实施例中位置环比例增益属于分段增益，可以随时调整，进一步提高搬运机器人的定位精度和工作效率。

上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是根据本发明实施例的搬运机器人旋转控制方法的主要步骤的示意图；

图2是根据本发明实施例搬运机器人旋转控制方法中确定合成角位移的直角坐标系的示意图；

图3是根据本发明实施例的搬运机器人旋转控制的整体架构的示意图；

图4是根据本发明一个可参考实施例的搬运机器人旋转控制方法的主要流程的示意图；

图5是根据本发明实施例的搬运机器人旋转控制装置的主要模块的示意图；

图6是本发明实施例可以应用于其中的示例性系统架构图；

图7是适于用来实现本发明实施例的终端设备或服务器的计算机系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

图1是根据本发明实施例的搬运机器人旋转控制方法的主要步骤的示意图。作为本发明的一个实施例，如图1所示，本发明实施例的搬运机器人旋转控制方法的主要步骤可以包括：

步骤S101：根据控制搬运机器人旋转的任务，确定搬运机器人的合成角位移，并根据合成角位移生成合成速度指令和合成位置指令。本发明实施例中的搬运机器人可以包括车体和可旋转的托盘，例如，自动导引运输车Automated Guided Vehicle，简称AGV。角位移是描述物体转动时位置变化的物理量。本发明中的合成角位移是指搬运机器人在原地旋转时，在新坐标系下通过计算得到的需要旋转的合成角度；合成速度指令是指按照合成角度规划出的在每一时刻的虚拟运行速度；合成位置指令是指按照合成角度规划出的在每一时刻的虚拟运行位置。此步骤首先确定搬运机器人的合成角位移，接着借助合成角位移生成搬运机器人的合成速度指令和合成位置指令，这样做的好处是可以利用机器人的指令分别求取车体和托盘的指令，从而可以保证车体和托盘同步旋转。

作为本发明的又一个实施例，上述步骤S101中的根据控制搬运机器人旋转的任务确定搬运机器人的合成角位移，可以包括：根据控制搬运机器人旋转的任务，获取搬运机器人的车体需要旋转的第一角位移和搬运机器人的托盘需要旋转的第二角位移；利用第一角位移和第二角位移构建直角坐标系，计算搬运机器人的合成角位移。

在实际情况下，由于摩擦、车体负载以及控制精度的原因，搬运机器人旋转前，车体相对地面标记不一定能完全吻合，即会有一个很小的车头角偏差，同时托盘相对于车体有可能也会有一个很小的角度，所以托盘和车体所需旋转的角度并不相同。因此，本发明中在接收到控制搬运机器人旋转的任务之后，首先获取车体需要旋转的第一角位移(即车体需要旋转的角度)和托盘需要旋转的第二角位移(即托盘需要旋转的角度)，然后将获取的第一角位移和第二角位移放在直角坐标系的两个坐标轴上，从而可以得到搬运机器人的合成角位移。图2是根据本发明实施例旋转控制的方法中确定合成角位移的直角坐标系的示意图。令车体所需旋转的第一角位移为S_C，托盘所需旋转的第二角位移为S_T，构建如图2所示的直角坐标系，则这两个角位移即为合成角位移S在两轴上的投影，因此本发明中可以借助第一角位移和第二角位移得到合成角位移。

本发明实施例中，在确定搬运机器人的合成角位移之后，旋转控制的方法还可以包括：计算合成角位移与第一角位移之间的第一夹角或者计算合成角位移与第二角位移之间的第二夹角。如图2所示，本发明中合成角位移S与第一角位移S_C之间的第一夹角是90°-α，合成角位移S与第二角位移S_T之间的第二夹角是α。

作为本发明的再一个实施例，上述步骤S101中的根据合成角位移生成合成速度指令和合成位置指令可以包括：基于梯形速度规划算法，根据搬运机器人的最大速度和加速度，对合成角位移进行速度规划，生成搬运机器人的合成速度指令和合成位置指令。梯形速度规划是一种常用的速度规划算法，即使用固定的加速度、最大允许速度和剩余距离来计算当前速度。本发明中在得知搬运机器人的最大速度、加速度和合成角位移S的前提下，可以计算出搬运机器人在每一时刻的运行速度，即搬运机器人的合成速度指令V_cmd，接着利用合成速度指令，计算出搬运机器人在每一时刻的运行位置，即搬运机器人的合成位置指令P_cmd＝V_cmd×Δt，其中Δt是搬运机器人的运行时间。

步骤S102：根据合成速度指令，生成第一速度指令和第二速度指令，并根据合成位置指令，生成第一位置指令和第二位置指令。本发明中，第一速度指令是指车体在每一时刻的运行速度，第二速度指令是指托盘在每一时刻的运行速度，第一位置指令是指车体在每一时刻的运行位置，第二位置指令是指托盘在每一时刻的运行位置。考虑到本发明中搬运机器人旋转时，实际上是车体和托盘旋转，因此本发明中基于合成速度指令生成车体的第一速度指令和托盘的第二速度指令，也就是利用搬运机器人在每一时刻的运行速度计算车体在每一时刻的运行速度和托盘在每一时刻的运行速度。同时借助合成位置指令生成车体的第一位置指令和托盘的第二位置指令，也就是利用搬运机器人在每一时刻的运行位置计算车体在每一时刻的运行位置和托盘在每一时刻的运行位置。此步骤利用合成指令分别计算车体和托盘的指令，这样做的好处是可以保证车体和托盘同步旋转。

此时，上述步骤S102根据合成速度指令，生成第一速度指令和第二速度指令，并根据合成位置指令，生成第一位置指令和第二位置指令，可以包括：根据合成速度指令，以及第一夹角或者第二夹角中任一个夹角，基于正弦定理计算车体的第一速度指令和托盘的第二速度指令；根据合成位置指令，以及第一夹角或者第二夹角中任一个夹角，基于正弦定理计算车体的第一位置指令和托盘的第二位置指令。以图2中的直角坐标系和夹角α为例，第一速度指令V_C＝V_cmd×sinα，第二速度指令V_T＝V_cmd×cosα，第一位置指令P_C＝P_cmd×sinα，第二位置指令P_T＝P_cmd×cosα。

步骤S103：利用第一速度指令和第一位置指令，控制车体旋转，并利用第二速度指令和第二位置指令，控制托盘旋转。本发明中结合速度指令和位置指令多个角度考虑，控制车体和托盘同步旋转，可以保证定点精度，提高搬运机器人的旋转效率。

作为本发明的另一个实施例，上述步骤S103利用第一速度指令和第一位置指令，控制车体旋转，并利用第二速度指令和第二位置指令，控制托盘旋转，可以包括：将第一速度指令与车体的前馈增益的乘积作为车体的第一速度前馈量下发至车体的速度环，将第一位置指令下发至车体的位置环，并获取车体的第一位置环比例增益，控制车体旋转；将第二速度指令与托盘的前馈增益的乘积作为托盘的第二速度前馈量下发至托盘的速度环，将第二位置指令下发至托盘的位置环，并获取托盘的第二位置环比例增益，控制托盘旋转。

本发明中的车体和托盘的伺服电机(即，在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置，伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象)采用三环控制系统，从内到外依次是电流环、速度环和位置环。其中，

(1)电流环：电流环的输入是速度环PID(Proportion IntegrationDifferentiation，即比例积分微分，PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，PID控制的基础是比例控制，积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调，微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势)调节后的那个输出，可以称为“电流环给定”，然后“电流环给定”和“电流环的反馈”值进行比较后的差值在电流环内做PID调节输出给电机，“电流环的输出”就是电机的每相的相电流，“电流环的反馈”不是编码器的反馈而是在驱动器内部安装在每相的霍尔元件(磁场感应变为电流电压信号)反馈给电流环的；

(2)速度环：速度环的输入就是位置环PID调节后的输出以及位置设定的前馈值，可以称为“速度设定”，这个“速度设定”和“速度环反馈”值进行比较后的差值在速度环做PID调节(主要是比例增益和积分处理)后输出就是上面讲到的“电流环的给定”，速度环的反馈来自于编码器的反馈后的值经过“速度运算器”得到的；

(3)位置环：位置环的输入就是外部的脉冲(通常情况下，直接写数据到驱动器地址的伺服例外)，外部的脉冲经过平滑滤波处理和电子齿轮计算后作为“位置环的设定”，设定和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器的计算后的数值在经过位置环的PID调节(比例增益调节，无积分微分环节)后输出和位置给定的前馈信号的合值就构成了上面讲的速度环的给定，位置环的反馈也来自于编码器。

编码器安装于电机尾部，它和电流环没有任何联系，采样来自于电机的转动而不是电机电流，和电流环的输入、输出、反馈没有任何联系。而电流环是在驱动器内部形成的，即使没有电机，只要在每相上安装模拟负载(例如电灯泡)电流环就能形成反馈工作。

此外，在电子学上，增益为一个系统的讯号输出与讯号输入的比率，如天线增益表示定向天线辐射集中程度的参数，为定向天线和无方向天线在预定方向产生的电场强度平方之比，放大器增益表示放大器功率放大倍数，以输出功率同输入功率比值的常用对数表示等。速度指令作为速度前馈增益下发至速度环，说明本发明中利用了前馈控制系统，该系统为前馈控制的一种形式，是控制部分发出指令使受控部分进行某种活动，同时又通过另一快捷途径向受控部分发出前馈信号，受控部分在接受控制部分的指令进行活动时，又及时地受到前馈信号的调控，因此活动可以更加准确。

图3是根据本发明实施例的搬运机器人旋转控制的整体架构的示意图。如图3所示，轮廓指令生成器用于生成车体和托盘的速度指令以及位置指令(即，第一速度指令、第二速度指令、第一位置指令和第二位置指令)，并将速度指令与前馈增益的乘积作为速度前馈量下发至速度环，将位置指令直接下发至位置环，本发明中加入速度前馈可以有效提高系统的带宽，减小位置跟随误差和超调，也可以调控旋转速度，从而可以影响到位置环。在图3中，K_VC是车体的速度前馈增益，K_VT是托盘的速度前馈增益，K_PC是车体的位置环比例增益，K_PT是托盘的位置环比例增益，K_T是车体的伺服电机参数，K_C是托盘的伺服电机参数，s是拉普拉斯变换的算子。图3中的速度环控制器采用的是PI(Proportion Integration，即比例积分)控制器，本发明也可以根据实际情况选择PID控制器，当然也可以根据实际情况选择其他控制器，本发明对此不作限定。

作为本发明的再一个实施例，在获取车体的第一位置环比例增益之前，旋转控制的方法还可以包括：根据稳态误差设置第一位置环比例增益，并根据车体的旋转剩余角位移，采用分段比例增益的方式调整第一位置环比例增益；相应地，在获取托盘的第二位置环比例增益之前，旋转控制的方法还可以包括：根据稳态误差设置第二位置环比例增益，并根据托盘的旋转剩余角位移，采用分段比例增益的方式调整第二位置环比例增益。本发明中根据稳态误差(即系统从一个稳态过度到新的稳态，或系统受扰动作用又重新平衡后，系统出现的偏差)调节位置环比例增益K_PC和K_PT的初始值，使车体电机和托盘电机之间的响应特性实现匹配。

本发明中采用分段比例增益，根据旋转剩余角度决定是否更换增益值，这样可以保证搬运机器人在即将结束前增大增益值，实现动作高效完成。以托盘的需要选择的第二角位移为例，具体解释分段比例增益方式。假设，托盘需要旋转的角度是180度，则可以将180度分为6段，分别在托盘的剩余旋转角度为150度、120度、90度、60度和30度的时候，判断是否需要调整托盘的位置环比例增益。考虑到实际情况时，由于搬运机器人特有的结构和负载原因，在动作起步和停止时容易进入系统的死区，较低的输入会导致零输出。这样在机器人进行同步旋转时，在起步和停止时会耗时较大，影响效率甚至在摩擦力的影响下无法最终完成动作。因此本发明的分段增益方式可以是判断托盘的剩余旋转角度是否小于预设角度，若是，则直接调整托盘的位置环比例增益。

图4是根据本发明一个可参考实施例的搬运机器人旋转控制方法的主要流程的示意图。如图4所示，本发明实施例的搬运机器人旋转控制方法的主要流程可以包括：

步骤S401：根据控制搬运机器人旋转的任务，获取搬运机器人的车体需要旋转的第一角位移和搬运机器人的托盘需要旋转的第二角位移；

步骤S402：将第一角位移和第二角位移分别放入直角坐标系的两个坐标轴上，得到搬运机器人的合成角位移；

步骤S403：基于梯形速度规划算法，根据搬运机器人的最大速度和加速度，对合成角位移进行速度规划，生成搬运机器人的合成速度指令和合成位置指令；

步骤S404：计算合成角位移与第一角位移之间的第一夹角或者计算合成角位移与第二角位移之间的第二夹角；

步骤S405：利用第一夹角或者第二夹角，对合成速度指令进行处理，得到车体的第一速度指令和托盘的第二速度指令；

步骤S406：利用第一夹角或者第二夹角，对合成位置指令进行处理，得到车体的第一位置指令和托盘的第二位置指令；

步骤S407：将第一速度指令与车体的前馈增益的乘积作为车体的第一速度前馈量下发至车体的速度环，将第一位置指令下发至车体的位置环，并获取车体的第一位置环比例增益，控制车体旋转；

步骤S408：将第二速度指令与托盘的前馈增益的乘积作为托盘的第二速度前馈量下发至托盘的速度环，将第二位置指令下发至托盘的位置环，并获取托盘的第二位置环比例增益，控制托盘旋转。

值得注意的是，上述步骤的S405和步骤S406可以根据实际情况进行调整，可以先执行步骤S406生成车体和托盘的位置指令，然后执行步骤S405生成车体和托盘的速度指令，也可以同时执行步骤S405和步骤S406，生成车体和托盘的位置指令以及车体和托盘的速度指令。另外，上述步骤S407和步骤S408需要同时执行，保证车体和托盘的同步旋转。此外，上述步骤S407中的获取第一位置环比例增益和步骤S408中的获取第二位置环比例增益在上文中已经详细阐述了，此处不在累述。

根据本发明实施例的搬运机器人旋转控制的技术方案可以看出，能够确定搬运机器人的合成角位移，然后生成速度指令和位置指令，进而利用速度指令和位置指令控制车体和托盘在同一时刻完成同步旋转动作，从而可以保证搬运机器人的定位准确性，提高机器人的工作效率；本发明实施例中首先获取车体的第一角位移和托盘的第二角位移，从而可以利用第一角位移和第二角位移计算搬运机器人的合成角位移；本发明实施例中，在获得合成角位移之后，计算第一夹角或者第二夹角，然后利用计算的夹角，分别生成车体的速度指令和位置指令以及托盘的速度指令和位置指令，从而可以利用速度和位置达到同步旋转的效果，提高搬运机器人的定位精度和工作效率；本发明实施例中采用梯形速度规划算法对合成角位移进行速度规划，从而可以获得搬运机器人每一刻的速度指令和位置指令；本发明实施例中将第一速度指令和第二速度指令与其相应前馈增益的乘积作为速度前馈量下发至各自速度环控制器，从而可以有效提高系统的带宽，减小位置跟随误差和超调；本发明实施例中借助稳态误差调节车体和托盘的位置环比例增益，达到实现不同电机之间的响应特性匹配的效果，另外本发明实施例中位置环比例增益属于分段增益，可以随时调整，进一步提高搬运机器人的定位精度和工作效率。

图5是根据本发明实施例的搬运机器人旋转控制装置的主要模块的示意图。如图5所示，本发明实施例的搬运机器人旋转控制装置500主要包括以下模块：确定模块501、生成模块502和控制模块503。

其中，确定模块501可用于根据控制搬运机器人旋转的任务，确定搬运机器人的合成角位移，并根据合成角位移生成合成速度指令和合成位置指令。生成模块502可用于根据合成速度指令，生成第一速度指令和第二速度指令，并根据合成位置指令，生成第一位置指令和第二位置指令。控制模块503可用于利用第一速度指令和第一位置指令，控制车体旋转，并利用第二速度指令和第二位置指令，控制托盘旋转。

本发明实施例中，确定模块501还可用于：根据控制搬运机器人旋转的任务，获取搬运机器人的车体需要旋转的第一角位移和搬运机器人的托盘需要旋转的第二角位移；利用第一角位移和第二角位移构建直角坐标系，计算搬运机器人的合成角位移。

本发明实施例中，确定模块501还可用于：计算合成角位移与第一角位移之间的第一夹角或者计算合成角位移与第二角位移之间的第二夹角；以及

生成模块502还可用于：根据合成速度指令，以及第一夹角或者第二夹角中任一个夹角，基于正弦定理计算车体的第一速度指令和托盘的第二速度指令；根据合成位置指令，以及第一夹角或者第二夹角中任一个夹角，基于正弦定理计算车体的第一位置指令和托盘的第二位置指令。

本发明实施例中，确定模块501还可用于：基于梯形速度规划算法，根据搬运机器人的最大速度和加速度，对合成角位移进行速度规划，生成搬运机器人的合成速度指令和合成位置指令。

本发明实施例中，控制模块503还可用于：将第一速度指令与车体的前馈增益的乘积作为车体的第一速度前馈量下发至车体的速度环，将第一位置指令下发至车体的位置环，并获取车体的第一位置环比例增益，控制车体旋转；将第二速度指令与托盘的前馈增益的乘积作为托盘的第二速度前馈量下发至托盘的速度环，将第二位置指令下发至托盘的位置环，并获取托盘的第二位置环比例增益，控制托盘旋转。

本发明实施例中，控制模块503还可用于：根据稳态误差设置第一位置环比例增益，并根据车体的旋转剩余角位移，采用分段比例增益的方式调整第一位置环比例增益；根据稳态误差设置第二位置环比例增益，并根据托盘的旋转剩余角位移，采用分段比例增益的方式调整第二位置环比例增益。

从以上描述可以看出，能够确定搬运机器人的合成角位移，然后生成速度指令和位置指令，进而利用速度指令和位置指令控制车体和托盘在同一时刻完成同步旋转动作，从而可以保证搬运机器人的定位准确性，提高机器人的工作效率；本发明实施例中首先获取车体的第一角位移和托盘的第二角位移，从而可以利用第一角位移和第二角位移计算搬运机器人的合成角位移；本发明实施例中，在获得合成角位移之后，计算第一夹角或者第二夹角，然后利用计算的夹角，分别生成车体的速度指令和位置指令以及托盘的速度指令和位置指令，从而可以利用速度和位置达到同步旋转的效果，提高搬运机器人的定位精度和工作效率；本发明实施例中采用梯形速度规划算法对合成角位移进行速度规划，从而可以获得搬运机器人每一刻的速度指令和位置指令；本发明实施例中将第一速度指令和第二速度指令与相应前馈增益的乘积作为速度前馈量下发至速度环控制器，从而可以有效提高系统的带宽，减小位置跟随误差和超调；本发明实施例中借助稳态误差调节车体和托盘的位置环比例增益，达到实现不同电机之间的响应特性匹配的效果，另外本发明实施例中位置环比例增益属于分段增益，可以随时调整，进一步提高搬运机器人的定位精度和工作效率。

图6示出了可以应用本发明实施例的搬运机器人旋转控制方法或搬运机器人旋转控制装置的示例性系统架构600。

如图6所示，系统架构600可以包括终端设备601、602、603，网络604和服务器605。网络604用以在终端设备601、602、603和服务器605之间提供通信链路的介质。网络604可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。

用户可以使用终端设备601、602、603通过网络604与服务器605交互，以接收或发送消息等。终端设备601、602、603上可以安装有各种通讯客户端应用，例如购物类应用、网页浏览器应用、搜索类应用、即时通信工具、邮箱客户端、社交平台软件等(仅为示例)。

终端设备601、602、603可以是具有显示屏并且支持网页浏览的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等。

服务器605可以是提供各种服务的服务器，例如对用户利用终端设备601、602、603所浏览的购物类网站提供支持的后台管理服务器(仅为示例)。后台管理服务器可以对接收到的产品信息查询请求等数据进行分析等处理，并将处理结果(例如目标推送信息、产品信息--仅为示例)反馈给终端设备。

需要说明的是，本发明实施例所提供的搬运机器人旋转控制方法一般由服务器605执行，相应地，搬运机器人旋转控制装置一般设置于服务器605中。

应该理解，图6中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。

下面参考图7，其示出了适于用来实现本发明实施例的终端设备的计算机系统700的结构示意图。图7示出的终端设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图7所示，计算机系统700包括中央处理单元(CPU)701，其可以根据存储在只读存储器(ROM)702中的程序或者从存储部分708加载到随机访问存储器(RAM)703中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 703中，还存储有系统700操作所需的各种程序和数据。CPU 701、ROM 702以及RAM 703通过总线704彼此相连。输入/输出(I/O)接口705也连接至总线704。

以下部件连接至I/O接口705：包括键盘、鼠标等的输入部分706；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分707；包括硬盘等的存储部分708；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分709。通信部分709经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器710也根据需要连接至I/O接口705。可拆卸介质711，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器710上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分708。

特别地，根据本发明公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分709从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质711被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)701执行时，执行本发明的系统中限定的上述功能。

需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括确定模块、生成模块和控制模块。其中，这些模块的名称在某种情况下并不构成对该模块本身的限定，例如，确定模块还可以被描述为“根据控制搬运机器人旋转的任务，确定搬运机器人的合成角位移，并根据合成角位移生成合成速度指令和合成位置指令的模块”。

作为另一方面，本发明还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该设备包括：根据控制搬运机器人旋转的任务，确定搬运机器人的合成角位移，并根据合成角位移生成合成速度指令和合成位置指令；根据合成速度指令，生成第一速度指令和第二速度指令，并根据合成位置指令，生成第一位置指令和第二位置指令；利用第一速度指令和第一位置指令，控制车体旋转，并利用第二速度指令和第二位置指令，控制托盘旋转。

根据本发明实施例的技术方案，能够确定搬运机器人的合成角位移，然后生成速度指令和位置指令，进而利用速度指令和位置指令控制车体和托盘在同一时刻完成同步旋转动作，从而可以保证搬运机器人的定位准确性，提高机器人的工作效率；本发明实施例中首先获取车体的第一角位移和托盘的第二角位移，从而可以利用第一角位移和第二角位移计算搬运机器人的合成角位移；本发明实施例中，在获得合成角位移之后，计算第一夹角或者第二夹角，然后利用计算的夹角，分别生成车体的速度指令和位置指令以及托盘的速度指令和位置指令，从而可以利用速度和位置达到同步旋转的效果，提高搬运机器人的定位精度和工作效率；本发明实施例中采用梯形速度规划算法对合成角位移进行速度规划，从而可以获得搬运机器人每一刻的速度指令和位置指令；本发明实施例中将第一速度指令和第二速度指令与相应前馈增益的乘积作为速度前馈量下发至速度环控制器，从而可以有效提高系统的带宽，减小位置跟随误差和超调；本发明实施例中借助稳态误差调节车体和托盘的位置环比例增益，达到实现不同电机之间的响应特性匹配的效果，另外本发明实施例中位置环比例增益属于分段增益，可以随时调整，进一步提高搬运机器人的定位精度和工作效率。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (12)

1.一种搬运机器人旋转控制方法，其特征在于，包括：

根据控制搬运机器人旋转的任务，确定所述搬运机器人的合成角位移，并基于梯形速度规划算法，根据所述搬运机器人的最大速度和加速度，对所述合成角位移进行速度规划，生成所述搬运机器人的合成速度指令和合成位置指令；

根据所述合成速度指令，生成第一速度指令和第二速度指令，并根据所述合成位置指令，生成第一位置指令和第二位置指令；

利用所述第一速度指令和所述第一位置指令，控制所述搬运机器人的车体旋转，并利用所述第二速度指令和所述第二位置指令，控制所述搬运机器人的托盘旋转。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据控制搬运机器人旋转的任务，确定所述搬运机器人的合成角位移，包括：

根据控制搬运机器人旋转的任务，获取所述搬运机器人的车体需要旋转的第一角位移和所述搬运机器人的托盘需要旋转的第二角位移；

利用所述第一角位移和所述第二角位移构建直角坐标系，计算所述搬运机器人的合成角位移。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在计算所述搬运机器人的合成角位移之后，所述方法还包括：

计算所述合成角位移与所述第一角位移之间的第一夹角或者计算所述合成角位移与所述第二角位移之间的第二夹角；以及

根据所述合成速度指令，生成第一速度指令和第二速度指令，并根据所述合成位置指令，生成第一位置指令和第二位置指令，包括：

根据所述合成速度指令，以及所述第一夹角或者所述第二夹角中任一个夹角，基于正弦定理计算所述车体的第一速度指令和所述托盘的第二速度指令；

根据所述合成位置指令，以及所述第一夹角或者所述第二夹角中任一个夹角，基于正弦定理计算所述车体的第一位置指令和所述托盘的第二位置指令。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述第一速度指令和所述第一位置指令，控制所述搬运机器人的车体旋转，并利用所述第二速度指令和所述第二位置指令，控制所述搬运机器人的托盘旋转，包括：

将所述第一速度指令与所述车体的前馈增益的乘积作为所述车体的第一速度前馈量下发至所述车体的速度环，将所述第一位置指令下发至所述车体的位置环，并获取所述车体的第一位置环比例增益，控制所述车体旋转；

将所述第二速度指令与所述托盘的前馈增益的乘积作为所述托盘的第二速度前馈量下发至所述托盘的速度环，将所述第二位置指令下发至所述托盘的位置环，并获取所述托盘的第二位置环比例增益，控制所述托盘旋转。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在获取所述车体的第一位置环比例增益之前，所述方法还包括：

根据稳态误差设置所述第一位置环比例增益，并根据所述车体的旋转剩余角位移，采用分段比例增益的方式调整所述第一位置环比例增益；以及

在获取所述托盘的第二位置环比例增益之前，所述方法还包括：

根据稳态误差设置所述第二位置环比例增益，并根据所述托盘的旋转剩余角位移，采用分段比例增益的方式调整所述第二位置环比例增益。

6.一种搬运机器人旋转控制装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于根据控制搬运机器人旋转的任务，确定所述搬运机器人的合成角位移，并基于梯形速度规划算法，根据所述搬运机器人的最大速度和加速度，对所述合成角位移进行速度规划，生成所述搬运机器人的合成速度指令和合成位置指令；

生成模块，用于根据所述合成速度指令，生成第一速度指令和第二速度指令，并根据所述合成位置指令，生成第一位置指令和第二位置指令；

控制模块，用于利用所述第一速度指令和所述第一位置指令，控制所述搬运机器人的车体旋转，并利用所述第二速度指令和所述第二位置指令，控制所述搬运机器人的托盘旋转。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块还用于：

根据控制搬运机器人旋转的任务，获取所述搬运机器人的车体需要旋转的第一角位移和所述搬运机器人的托盘需要旋转的第二角位移；

利用所述第一角位移和所述第二角位移构建直角坐标系，计算所述搬运机器人的合成角位移。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块还用于：计算所述合成角位移与所述第一角位移之间的第一夹角或者计算所述合成角位移与所述第二角位移之间的第二夹角；以及

所述生成模块还用于：

根据所述合成速度指令，以及所述第一夹角或者所述第二夹角中任一个夹角，基于正弦定理计算所述车体的第一速度指令和所述托盘的第二速度指令；

根据所述合成位置指令，以及所述第一夹角或者所述第二夹角中任一个夹角，基于正弦定理计算所述车体的第一位置指令和所述托盘的第二位置指令。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于：

将所述第一速度指令与所述车体的前馈增益的乘积作为所述车体的第一速度前馈量下发至所述车体的速度环，将所述第一位置指令下发至所述车体的位置环，并获取所述车体的第一位置环比例增益，控制所述车体旋转；

将所述第二速度指令与所述托盘的前馈增益的乘积作为所述托盘的第二速度前馈量下发至所述托盘的速度环，将所述第二位置指令下发至所述托盘的位置环，并获取所述托盘的第二位置环比例增益，控制所述托盘旋转。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于：

根据稳态误差设置所述第一位置环比例增益，并根据所述车体的旋转剩余角位移，采用分段比例增益的方式调整所述第一位置环比例增益；

根据稳态误差设置所述第二位置环比例增益，并根据所述托盘的旋转剩余角位移，采用分段比例增益的方式调整所述第二位置环比例增益。

11.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-5中任一所述的方法。

12.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一所述的方法。

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