CN111136658B - 机器人的控制方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人的控制方法、装置、电子设备及存储介质，其中，方法包括：获取目标机器人根据移动规划路径申请的任一位置的时间窗；判断时间窗与其他机器人已申请的时间窗是否冲突；若与其他机器人已申请的时间窗冲突，且冲突消失时间大于预设时间阈值时，则确定替代任一位置的替代位置，并控制目标机器人移动至替代位置后，继续按照移动规划路径移动。由此，解决了A*算法只针对于单体机器人，而无法对机器人群进行路径规划，导致机器人锁死现象，无法满足多个机器人同时进行路径规划的需求等问题。

Description

机器人的控制方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种机器人的控制方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

目前，随着机器人应用不断地发展，不再仅限于单体机器人的应用，多数为机器人群的应用。例如，建筑行业有很多的工艺，需要多种类机器人协同作业，包括至少一个喷涂机器人、至少一个墙体砌筑机器人、至少一个墙/地面施工机器人等。因此，在工地上如何让多个机器人自由行走，不发生碰撞和堵塞，这是一个当前重要的课题。

相关技术中，自动路径规划均是针对于单体机器人，如利用A*算法获取一条最短的路径，然而，一旦有多个机器人同时都在同一个平面上行走，并且有相向而行的情况，那么就可能发生相撞的情况，进而若有防碰撞系统，易出现两个机器人同时争夺一条路径而导致死锁，无法完成任务，甚至造成整个机器人群瘫痪。

发明内容

本发明提供一种机器人的控制方法、装置、电子设备及存储介质，以解决A*算法只针对于单体机器人，而无法对机器人群进行路径规划，导致机器人锁死现象，无法满足多个机器人同时进行路径规划的需求等问题。

本发明第一方面实施例提供一种机器人的控制方法，包括以下步骤：获取目标机器人根据移动规划路径申请的任一位置的时间窗；判断所述时间窗与其他机器人已申请的时间窗是否冲突；若与所述其他机器人已申请的时间窗冲突，且冲突消失时间大于预设时间阈值时，则确定替代所述任一位置的替代位置，并控制所述目标机器人移动至所述替代位置后，继续按照所述移动规划路径移动。

本发明第一方面实施例提供一种机器人的控制装置，包括：获取模块，用于获取目标机器人根据移动规划路径申请的任一位置的时间窗；判断模块，用于判断所述时间窗与其他机器人已申请的时间窗是否冲突；第一控制模块，用于在与所述其他机器人已申请的时间窗冲突，且冲突消失时间大于预设时间阈值时，确定替代所述任一位置的替代位置，并控制所述目标机器人移动至所述替代位置后，继续按照所述移动规划路径移动。

本发明第三方面实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行如上述实施例所述的机器人的控制方法。

本发明第四方面实施例提供一种非临时性计算机可读存储介质，所述非临时性计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的机器人的控制方法。

通过时间窗标记每个位置在某一个或多个时刻被占用的情况，从而在时间窗冲突且没必要等待的情况下，绕过冲突的位置，控制机器人移动至替代位置，继续按照移动规划路径移动，解决的多个机器人同时进行路径规划的问题，满足多个机器人同时进行路径规划的需求，避免机器人出现锁死现象，保证机器人的可靠性和实用性的同时，提高控制的智能性。由此，解决了A*算法只针对于单体机器人，而无法对机器人群进行路径规划，导致机器人锁死现象，无法满足多个机器人同时进行路径规划的需求等问题。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的机器人的控制方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的机器人的移动示意图；

图3为根据本发明另一个实施例的机器人的移动示意图；

图4为根据本发明实施例的机器人的控制装置的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的机器人的控制方法、装置、电子设备及存储介质。针对上述背景技术中心提到的自动路径规划均是针对于单体机器人，如利用A*算法获取一条最短的路径，一旦有多个机器人同时都在同一个平面上行走，并且有相向而行的情况，那么就可能发生相撞的情况，进而若有防碰撞系统，易出现两个机器人同时争夺一条路径而导致死锁，无法完成任务，甚至造成整个机器人群瘫痪的问题，本发明提供了一种机器人的控制方法，在该方法中，通过时间窗标记每个位置在某一个或多个时刻被占用的情况，从而在时间窗冲突且没必要等待的情况下，绕过冲突的位置，控制机器人移动至替代位置，继续按照移动规划路径移动，解决的多个机器人同时进行路径规划的问题，满足多个机器人同时进行路径规划的需求，避免机器人出现锁死现象，保证机器人的可靠性和实用性的同时，提高控制的智能性。由此，解决了A*算法只针对于单体机器人，而无法对机器人群进行路径规划，导致机器人锁死现象，无法满足多个机器人同时进行路径规划的需求等问题。

具体而言，图1为本发明实施例所提供的一种机器人的控制方法的流程示意图。

如图1所示，该机器人的控制方法包括以下步骤：

在步骤S101中，获取目标机器人根据移动规划路径申请的任一位置的时间窗。

需要说明的是，在本发明的实施例中，本发明实施例可以但不仅限于根据每个位置的时间窗规划路径，也可以每抵达一个位置，对下一个位置进行时间窗计算，如由于每抵达一个位置，对下一个位置进行时间窗计算，可以提高机器人控制的适用性，有效解决突发情况，而根据每个位置的时间窗规划路径，有效提升机器人的可控性，本发明实施例可以采取以上一种实施例或两种实施例组合的方式，在此不做具体限制。

可选地，在本发明的一个实施例中，在获取目标机器人根据移动规划路径申请的任一位置的时间窗之前，本发明实施例的方法还包括：根据当前位置到目标位置的移动时间、等待时间与最短距离对应的时间确定移动规划路径。

可以理解的是，鉴于机器人一般搭载AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)小车上，因此本发明实施例以AGV小车代指各式各样的机器人。

例如，AGV小车每次移动到目标位置，均可以调用一次本发明实施例的A*合作算法，本发明实施例的路径规划方案包括以下步骤：

S1：构造A*合作算法的公式：f＝g+h。

S2：构造启发式函数：g＝G+W。其中G为从起始位置到当前位置的总时间，w为从起始位置到当前位置的等待时间之和。

S3：构造启发式函数：h＝H。其中H为当前位置到目标位置通过Dijkstra算法得出的最短距离所对应的时间。

S4：开始探索临近位置，并将这些位置加入到openlist中，在openlist中寻找f值最小的位置，将此位置从openlist里面移除，添加到closelist中。

S5：重复S3直到目标位置在openlist中，则可得到最优路径，即移动规划路径。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在确定移动规划路径之后，本发明实施例的方法还包括：获取移动规划路径的每个位置的进入时间和离开时间，确定申请的时间窗；将申请的时间窗保存到时间窗列表中。

也就是说，得到最优路径后，预计此次AGV小车经过每个位置的进入时间和离开时间并构成时间窗对象，保存到时间窗列表中，以当一个区域内有多个AGV小车在行走时，每辆小车利用每个位置的时间窗之间的空隙，避开其他正在行走的AGV小车，保证在同一区域内多小车的正常行驶，实现小车之间互不碰撞的效果，并在保证安全的情况下，实现到达目的地所花费的时间最短，下面会进一步描述。

在步骤S102中，判断时间窗与其他机器人已申请的时间窗是否冲突。

可以而理解的是，本发明实施例的算法的公式：f＝g+h，构造启发式函数：g＝G+W。其中G为从起始位置到当前位置的总时间，w为从起始位置到当前位置的等待时间之和。构造启发式函数：h＝H。其中H为当前位置到目标位置通过Dijkstra算法得出的最短距离所对应的时间，进而本发明实施例可以根据时间窗的记录可以帮助计算选择绕路行为或者等待行为。

下面对于时间窗进行详细描述。

具体地，对于A*合作算法公式，其体现在遇到冲突时，本发明实施例可以在绕路行为和等待行为中选择较优方案。其中，A*算法原始的方式是计算距离，本发明实施例可以修改为以时间为单位的形式，A*合作算法的公式可以修改如下：f＝G+W+H，其中，G是起始位置到当前位置行驶的时间(包含直走和转向)，W是起始位置到当前位置为避让小车所产生的等待时间，H是当前位置到终点位置即目标位置的评估耗费时间。

其中，本发明实施例可以从路网中直接拿到起始位置到当前位置的距离L，小车速度恒定为V，所以有G值的计算公式为：G＝L/V。进而，遍历该节点上所有的时间窗，AGV小车进入该位置和退出该位置的时间窗，是否与之前的时间窗有冲突，若有，则需要等待一段时间才能进入该位置。

举例而言，如图2所示，有一台AGV小车在A点，AGV车身长为L、AGV车速为v、安全距离为d。AGV的起始位置在A位置上，A位置到B位置、B位置到C位置的距离为s。

当前时间为localtime，对于A位置来说，其时间窗延伸至无限大，因为AGV小车可能长期停留在该位置，为[localtime-L/v-d/v,∞]。

当分配在A位置的AGV小车订单到C位置时。首先，要去除A位置的无限大时间窗，同时各个位置的时间窗计算如下：

A位置开始占领时间：TA＝localtime-L/v-d/v；

A位置结束占领时间：EA＝localtime+L/v+d/v；

A位置的时间窗为[TA,EA]＝[localtime-L/v-d/v,localtime+L/v+d/v]；

B位置开始占领时间：TB＝localtime+s/v-L/v-d/v；

B位置结束占领时间：EB＝localtime+s/v+L/v+d/v；

B位置的时间窗为[TB,EB]＝[localtime+s/v-L/v-d/v,localtime+s/v+L/v+d/v]；

C位置开始占领时间：TC＝localtime+2s/v-L/v-d/v；

C位置结束占领时间：EC＝∞；

C位置的时间窗为[TC,EC]＝[localtime+2s/v-L/v-d/v,∞]。

在步骤S103中，若与其他机器人已申请的时间窗冲突，且冲突消失时间大于预设时间阈值时，则确定替代任一位置的替代位置，并控制目标机器人移动至替代位置后，继续按照移动规划路径移动。

另外，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的方法还包括：若冲突消失时间小于或等于预设时间阈值，则待冲突消失后，控制目标机器人移动至任一位置。

可以理解的是，冲突消失时间可以是等待时间，预设时间阈值可以为绕路时间，下面对绕路行为和等待行为进行详细描述。

对于AGV小车的等待时间计算，如图2所示，假设B位置已先被其他小车申请了时间窗，长度为[T1,T2]，当AGV小车从A位置向C位置前进时，需要考虑到B位置的时间窗，AGV小车占领B位置的时间窗为[TB,EB]，所以应当以以下条件：

TB≥T2或者EB≤T1，

当符合TB≥T2或者EB≤T1时，不存在时间窗冲突，可以直接分配，即直接控制机器人抵达B位置。

当不符合TB≥T2或者EB≤T1时，即时间窗产生冲突，则AGV小车只能等待一段时间，使得冲突消失。因此，等待时间w要满足以下公式：

TB+w≥T2，

进一步地，等待时间要尽可能少，所以上述公式可以取等式：

TB+w＝T2，

所以，等待时间计算公式如下：

w＝T2-TB，

w为B位置的等待时间，∑wi为从起始位置到B位置的途径位置的所有位置等待时间，可以用W表示，公式如下：

W＝wa+wb＝∑wi，

其中，wa为A位置的等待时间，wb为B位置的等待时间。

其中，在本发明的一个实施例中，确定替代任一位置的替代位置，包括：根据冲突消失时间、当前位置与任一位置的距离、目标机器人的移动速度得到任一位置的当前代价值；根据当前代价值查询代价值小于当前代价值的位置，以作为替代位置。

也就是说，H值可以由当前位置和目标位置通过Dijkstra算法得到距离D，小车恒定速度为V，则得到H值的计算公式为：

H＝D/V，

进而得到每个位置的f值，

例如，如图3所示，对于判断是等待还是绕路，本发明实施例在给AGV小车分配路径的时候，会调用A*算法，那么在A*算法计算AGV小车从一个位置到下一个位置的距离时(假设现在是A->B的路径)，将计算上机器人在B位置的等待时间(w)，加上实际的距离(s)除以AGV小车速度(v)，那就是这段B位置的实际代价f值。假设点B位置上有其他小车从1到5秒钟占据着,那么小车到B位置需要等待4s，h＝1+4＝5s，那么小车选择B位置的f＝1+1+4，而选择D位置的f＝2+2+0＝4s，当计算到选择B位置的f值比D位置大时，可以将D位置作为下一个位置，从而实现智能的判断需要等待还是绕路这一功能，有效应用于机器人群，如快递分拣系统和停车场泊车系统，每辆小车利用每个位置的时间窗之间的空隙，避开其他正在行走的AGV小车，实现小车的避障，或者在给AGV小车分配路径的时候，计算位置的代价值，以找到代价值最小的位置作为下一个点，从而智能判断需要等待还是绕路。

根据本发明实施例提出的机器人的控制方法，通过时间窗标记每个位置在某一个或多个时刻被占用的情况，从而在时间窗冲突且没必要等待的情况下，绕过冲突的位置，控制机器人移动至替代位置，继续按照移动规划路径移动，解决的多个机器人同时进行路径规划的问题，满足多个机器人同时进行路径规划的需求，避免机器人出现锁死现象，保证机器人的可靠性和实用性的同时，提高控制的智能性，有效满足使用需求。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的机器人的控制装置。

图4是本发明实施例的机器人的控制装置的方框示意图。

如图4所示，该机器人的控制装置10包括：获取模块100、判断模块200和第一控制模块300。

其中，获取模块100用于获取目标机器人根据移动规划路径申请的任一位置的时间窗。

判断模块200用于判断时间窗与其他机器人已申请的时间窗是否冲突。

第一控制模块300用于在与其他机器人已申请的时间窗冲突，且冲突消失时间大于预设时间阈值时，确定替代任一位置的替代位置，并控制目标机器人移动至替代位置后，继续按照移动规划路径移动。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的控制装置10还包括：第二控制模块。

其中，第二控制模块用于在冲突消失时间小于或等于预设时间阈值时，待冲突消失后，控制目标机器人移动至任一位置。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一控制模块包括：计算单元和查询单元。

其中，计算单元用于根据冲突消失时间、当前位置与任一位置的距离、目标机器人的移动速度得到任一位置的当前代价值。

查询单元用于根据当前代价值查询代价值小于当前代价值的位置，以作为替代位置。

需要说明的是，前述对机器人的控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的机器人的控制装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的机器人的控制装置，通过时间窗标记每个位置在某一个或多个时刻被占用的情况，从而在时间窗冲突且没必要等待的情况下，绕过冲突的位置，控制机器人移动至替代位置，继续按照移动规划路径移动，解决的多个机器人同时进行路径规划的问题，满足多个机器人同时进行路径规划的需求，避免机器人出现锁死现象，保证机器人的可靠性和实用性的同时，提高控制的智能性。

为了实现上述实施例，本发明还提出了一种电子设备，包括：至少一个处理器和存储器。其中，存储器与至少一个处理器通信连接，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被设置为用于执行上述实施例的机器人的控制方法，如以用于：

获取目标机器人根据移动规划路径申请的任一位置的时间窗。

判断时间窗与其他机器人已申请的时间窗是否冲突。

若与其他机器人已申请的时间窗冲突，且冲突消失时间大于预设时间阈值时，则确定替代任一位置的替代位置，并控制目标机器人移动至替代位置后，继续按照移动规划路径移动。

为了实现上述实施例，本发明还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其存储计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述实施例的机器人的控制方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取目标机器人根据移动规划路径申请的任一位置的时间窗；

判断所述时间窗与其他机器人已申请的时间窗是否冲突；以及

若与所述其他机器人已申请的时间窗冲突，且冲突消失时间大于预设时间阈值时，则确定替代所述任一位置的替代位置，并控制所述目标机器人绕过所述任一位置、移动至所述替代位置后，继续按照所述移动规划路径移动，其中，所述冲突消失时间为等待时间，所述预设时间阈值为绕路时间；

其中，所述确定替代所述任一位置的替代位置，包括：根据所述冲突消失时间、当前位置与所述任一位置的距离、所述目标机器人的移动速度得到所述任一位置的当前代价值；根据所述当前代价值查询代价值小于所述当前代价值的位置，以作为所述替代位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

若所述冲突消失时间小于或等于所述预设时间阈值，则待冲突消失后，控制所述目标机器人移动至所述任一位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取目标机器人根据移动规划路径申请的任一位置的时间窗之前，还包括：

根据所述当前位置到目标位置的移动时间、等待时间与最短距离对应的时间确定所述移动规划路径。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在确定所述移动规划路径之后，还包括：

获取所述移动规划路径的每个位置的进入时间和离开时间，确定申请的时间窗；

将所述申请的时间窗保存到时间窗列表中。

5.一种机器人的控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取目标机器人根据移动规划路径申请的任一位置的时间窗；

判断模块，用于判断所述时间窗与其他机器人已申请的时间窗是否冲突；以及

第一控制模块，用于在与所述其他机器人已申请的时间窗冲突，且冲突消失时间大于预设时间阈值时，确定替代所述任一位置的替代位置，并控制所述目标机器人绕过所述任一位置、移动至所述替代位置后，继续按照所述移动规划路径移动，其中，所述冲突消失时间为等待时间，所述预设时间阈值为绕路时间；

其中，所述第一控制模块包括：计算单元，用于根据所述冲突消失时间、当前位置与所述任一位置的距离、所述目标机器人的移动速度得到所述任一位置的当前代价值；查询单元，用于根据所述当前代价值查询代价值小于所述当前代价值的位置，以作为所述替代位置。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

第二控制模块，用于在所述冲突消失时间小于或等于所述预设时间阈值时，待冲突消失后，控制所述目标机器人移动至所述任一位置。

7.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-4任一项所述的机器人的控制方法。

8.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-4任一项所述的机器人的控制方法。

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