CN111152228A - 一种机器人动作自规划系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人动作自规划系统，具体包括环境采集单元、指令接收单元、第一存储单元、预规划单元、执行单元、动作采集单元、关键帧生成单元和第二存储单元。通过本技术方案，能够基于基本动作的预先设置，通过基本动作的优先级设置和排列组合实现机器人对于自身动作的自主规划，该种动作自规划系统还能够存储历史规划路径和关键帧图像用于后续重复执行动作时进行直接使用和验证。

Description

一种机器人动作自规划系统

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种机器人动作自规划系统。

背景技术

目前，国内外领先的机器人控制系统，特别是可动机器人控制系统正朝向控制精度进一步提高，安全性更好、输入输出更方便等方向发展。要实现机器人完成指定作业动作的目的，就需要给机器人建立如何运动的作业。传统的方式是通过示教盒，在示教模式下，控制每个关节运动，不断的记录作业点。在记录整个作业的多个作业点之后，可以设定作业点之间的运动类型，运动速度等等。当下研发的手把手示教技术越来越普及，其原理是在机器人末端加上力传感器，当开启手把手示教功能时，工作人员用手去拉动机器人末端，力传感器采集到数据之后发送给机器人控制器，控制器计算拉力矢量的方向和大小，驱动机器人运动，使得机器人末端向拉力方向运动(包括旋转)，即跟随工作人员的手运动。在此过程中，控制器记录整个运动路径，在完成示教后，控制器记录的路径就是示教作业。但该种示教方法较为单一，对于不同的操作动作需要分别进行示教设置，较为复杂繁琐，需要耗费大量的人力物力。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种机器人动作自规划系统，具体技术方案如下所示：

一种机器人动作自规划系统，应用于可动机器人，可动机器人包括一主躯体、至少一驱动装置和至少一个机械臂；

其特征在于，机器人动作自规划系统具体包括：

环境采集单元，用于持续采集一第一测量范围内的实时环境图像；

指令接收单元，用于接收外部用户输入的控制指令，控制指令包括机器人需要完成的动作；

第一存储单元，用于存储一预先设置的简单动作集合，简单动作集合包括多个简单动作，每个简单动作对应一预先设置的优先级序号；

预规划单元，分别连接环境采集单元、指令接收单元和第一存储单元，用于根据控制指令和实时环境图像，从第一存储单元中提取简单动作集合进行处理，输出一动作规划指令；

预规划单元进一步包括：

目标识别模块，用于根据实时环境图像和控制指令，识别控制指令的目标对象并进行输出；

动作划分模块，连接目标识别模块，根据目标对象的当前位置和指令需求位置，按照优先级序号从小到大从第一存储单元中提取相应的简单动作进行排列组合，输出多个预规划指令；

模拟验证模块，连接动作划分模块，基于实时环境图像用于对多个预规划指令分别进行模拟验证，从中选取动作执行时间最短的预规划指令作为动作规划指令；

执行单元，分别连接预规划单元和第一存储单元，根据动作规划指令和动作规划指令对应的简单动作，输出相应的执行指令；

机器人动作自规划系统还包括：

动作采集单元，用于持续采集一第二测量范围内的机械臂的实时动作图像；

关键帧生成单元，分别连接执行单元、环境采集单元和动作采集单元，当执行单元输出一执行指令时，收集实时环境图像和实时动作图像并进行处理，输出一对应的关键帧；

第二存储单元，分别连接关键帧生成单元和执行单元，用于存储关键帧和执行指令。

优选的，该种机器人动作自规划系统，其中简单动作集合包括移动动作和至少一个机械臂动作；

移动动作的优先级序号小于机械臂动作的优先级序号。

优选的，该种机器人动作自规划系统，其中移动动作包括可动机器人的前进动作、后退动作、左转动作和右转动作。

优选的，该种机器人动作自规划系统，其中机械臂动作包括可动机器人机械臂的伸展动作，弯折动作、抬举动作、抓握动作和旋转动作。

优选的，该种机器人动作自规划系统，其中环境采集单元包括两个设置于主躯体表面的广角相机。

优选的，该种机器人动作自规划系统，其中每个广角相机的可探测范围为120°。

优选的，该种机器人动作自规划系统，其中动作采集单元包括两个设置于主躯体表面的窄角相机。

优选的，该种机器人动作自规划系统，其中每个广角相机的可探测范围为60°。

优选的，该种机器人动作自规划系统，其中第二存储单元包括多个相互独立的子存储模块；

每个子存储模块对应一控制指令，子存储模块中存储有控制指令对应的全部关键帧和全部执行指令。

优选的，该种机器人动作自规划系统还包括一判断单元；

判断单元分别连接指令接收单元和第二存储单元，用于判断于第二存储单元中是否存在与控制指令对应的子存储模块，并输出一判断结果；

执行单元还连接第二存储单元和判断单元，用于根据判断结果，当第二存储单元中存在于控制指令对应的子存储模块时，从子存储模块中提取执行指令并输出。

本技术方案具有如下优点及有益效果：

通过本技术方案能够基于基本动作的预先设置，通过基本动作的优先级设置和排列组合实现机器人对于自身动作的自主规划，该种动作自规划系统还能够存储历史规划路径和关键帧图像用于后续重复执行动作时进行直接使用和验证。

附图说明

图1为本发明一种机器人动作自规划系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种机器人动作自规划系统，应用于机器人控制领域，具体技术方案如下所示：

一种机器人动作自规划系统，应用于可动机器人，可动机器人包括一主躯体、至少一驱动装置和至少一个机械臂；

如图1所示，该种机器人动作自规划系统具体包括：

环境采集单元1，用于持续采集一第一测量范围内的实时环境图像；

指令接收单元2，用于接收外部用户输入的控制指令，控制指令包括机器人需要完成的动作；

第一存储单元3，用于存储一预先设置的简单动作集合，简单动作集合包括多个简单动作，每个简单动作对应一预先设置的优先级序号；

预规划单元4，分别连接环境采集单元1、指令接收单元2和第一存储单元3，用于根据控制指令和实时环境图像，从第一存储单元中提取简单动作集合进行处理，输出一动作规划指令；

预规划单元4进一步包括：

目标识别模块41，用于根据实时环境图像和控制指令，识别控制指令的目标对象并进行输出；

动作划分模块42，连接目标识别模块42，根据目标对象的当前位置和指令需求位置，按照优先级序号从小到大从第一存储单元中提取相应的简单动作进行排列组合，输出多个预规划指令；

模拟验证模块43，连接动作划分模块43，基于实时环境图像用于对多个预规划指令分别进行模拟验证，从中选取动作执行时间最短的预规划指令作为动作规划指令；

执行单元5，分别连接预规划单元4和第一存储单元3，根据动作规划指令和动作规划指令对应的简单动作，输出相应的执行指令；

机器人动作自规划系统还包括：

动作采集单元6，用于持续采集一第二测量范围内的机械臂的实时动作图像；

关键帧生成单元7，分别连接执行单元5、环境采集单元1和动作采集单元6，当执行单元输出一执行指令时，收集实时环境图像和实时动作图像并进行处理，输出一对应的关键帧；

第二存储单元8，分别连接关键帧生成单元7和执行单元5，用于存储关键帧和执行指令。

作为优选的实施方式，该种机器人动作自规划系统，其中简单动作集合包括移动动作和至少一个机械臂动作；

移动动作的优先级序号小于机械臂动作的优先级序号。

作为优选的实施方式，该种机器人动作自规划系统，其中移动动作包括可动机器人的前进动作、后退动作、左转动作和右转动作。

作为优选的实施方式，该种机器人动作自规划系统，其中机械臂动作包括可动机器人机械臂的伸展动作，弯折动作、抬举动作、抓握动作和旋转动作。

作为优选的实施方式，该种机器人动作自规划系统，其中环境采集单元包括两个设置于主躯体表面的广角相机。

作为优选的实施方式，该种机器人动作自规划系统，其中每个广角相机的可探测范围为120°。

作为优选的实施方式，该种机器人动作自规划系统，其中动作采集单元包括两个设置于主躯体表面的窄角相机。

作为优选的实施方式，该种机器人动作自规划系统，其中每个广角相机的可探测范围为60°。

作为优选的实施方式，该种机器人动作自规划系统，其中第二存储单元包括多个相互独立的子存储模块；

每个子存储模块对应一控制指令，子存储模块中存储有控制指令对应的全部关键帧和全部执行指令。

作为优选的实施方式，该种机器人动作自规划系统还包括一判断单元；

判断单元分别连接指令接收单元2和第二存储单元8，用于判断于第二存储单元中是否存在与控制指令对应的子存储模块，并输出一判断结果；

执行单元5还连接第二存储单元8和判断单元，用于根据判断结果，当第二存储单元中存在于控制指令对应的子存储模块时，从子存储模块中提取执行指令并输出。

现提供一具体实施例对本技术方案进行进一步阐释和说明：

在本发明的一具体实施例中，通过上述技术方案实现了机器人对于自身动作的自主规划：

于上述具体实施例中，机器人内部预先存储有一简单动作集合，包括移动动作和至少一个机械臂动作，其中移动动作包括可动机器人的前进动作、后退动作、左转动作和右转动作，机械臂动作包括可动机器人机械臂的伸展动作，弯折动作、抬举动作、抓握动作和旋转动作，通过上述简单动作的排列组合能够实现机器人目前的任务动作需要；

于上述具体实施例中，对每个简单动作均设置有一优先级编号，考虑到机器人对于动作的执行往往是先移动到工作位置在通过机械臂操作完成工作，故而于本具体实施例中移动动作的优先级编号小于机械臂动作的优先级编号；

于上述具体实施例中，机器人通过环境采集单元持续采集外部的实时环境图像同时根据指令接收单元接收来自外部输入的用户控制指令，对于控制指令中包含的动作通过预规划单元进行规划，规划过程通过目标识别和动作划分得到多个预规划指令，并通过模拟计算每个预规划指令所需的动作时间从中筛选出最优的规划指令；

于上述具体实施例中，执行单元根据动作规划指令进行相应的执行指令输出，机器人的机械臂和驱动装置根据所述执行指令进行运动，于运动过程中，机器人每执行完成一个简单动作，即通过环境采集单元和动作采集单元采集一次关键帧作为记录进行保存，当机器人下一次再接收到相同的控制指令时，能够根据关键帧判断动作是否执行标准。

综上所述，通过本技术方案，能够基于基本动作的预先设置，通过基本动作的优先级设置和排列组合实现机器人对于自身动作的自主规划，该种动作自规划系统还能够存储历史规划路径和关键帧图像用于后续重复执行动作时进行直接使用和验证。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机器人动作自规划系统，应用于可动机器人，所述可动机器人包括一主躯体、至少一驱动装置和至少一个机械臂；

其特征在于，所述机器人动作自规划系统具体包括：

环境采集单元，用于持续采集一第一测量范围内的实时环境图像；

指令接收单元，用于接收外部用户输入的控制指令，所述控制指令包括所述机器人需要完成的动作；

第一存储单元，用于存储一预先设置的简单动作集合，所述简单动作集合包括多个简单动作，每个简单动作对应一预先设置的优先级序号；

预规划单元，分别连接所述环境采集单元、所述指令接收单元和所述第一存储单元，用于根据所述控制指令和所述实时环境图像，从所述第一存储单元中提取所述简单动作集合进行处理，输出一动作规划指令；

所述预规划单元进一步包括：

目标识别模块，用于根据所述实时环境图像和所述控制指令，识别所述控制指令的目标对象并进行输出；

动作划分模块，连接所述目标识别模块，根据所述目标对象的当前位置和指令需求位置，按照所述优先级序号从小到大从所述第一存储单元中提取相应的简单动作进行排列组合，输出多个预规划指令；

模拟验证模块，连接所述动作划分模块，基于所述实时环境图像用于对多个预规划指令分别进行模拟验证，从中选取动作执行时间最短的所述预规划指令作为所述动作规划指令；

执行单元，分别连接所述预规划单元和所述第一存储单元，根据所述动作规划指令和所述动作规划指令对应的简单动作，输出相应的执行指令；

所述机器人动作自规划系统还包括：

动作采集单元，用于持续采集一第二测量范围内的所述机械臂的实时动作图像；

关键帧生成单元，分别连接所述执行单元、所述环境采集单元和所述动作采集单元，当所述执行单元输出一所述执行指令时，收集所述实时环境图像和所述实时动作图像并进行处理，输出一对应的关键帧；

第二存储单元，分别连接所述关键帧生成单元和所述执行单元，用于存储所述关键帧和所述执行指令。

2.如权利要求1所述的机器人动作自规划系统，其特征在于，所述简单动作集合包括移动动作和至少一个机械臂动作；

所述移动动作的优先级序号小于所述机械臂动作的优先级序号。

3.如权利要求2所述的机器人动作自规划系统，其特征在于，所述移动动作包括所述可动机器人的前进动作、后退动作、左转动作和右转动作。

4.如权利要求2所述的机器人动作自规划系统，其特征在于，所述机械臂动作包括所述可动机器人机械臂的伸展动作，弯折动作、抬举动作、抓握动作和旋转动作。

5.如权利要求1所述的机器人动作自规划系统，其特征在于，所述环境采集单元包括两个设置于所述主躯体表面的广角相机。

6.如权利要求5所述的机器人动作自规划系统，其特征在于，每个所述广角相机的可探测范围为120°。

7.如权利要求1所述的机器人动作自规划系统，其特征在于，所述动作采集单元包括两个设置于所述主躯体表面的窄角相机。

8.如权利要求7所述的机器人动作自规划系统，其特征在于，所述每个所述广角相机的可探测范围为60°。

9.如权利要求1所述的机器人动作自规划系统，其特征在于，所述第二存储单元包括多个相互独立的子存储模块；

每个所述子存储模块对应一所述控制指令，所述子存储模块中存储有所述控制指令对应的全部所述关键帧和全部所述执行指令。

10.如权利要求9所述的机器人动作自规划系统，其特征在于，所述机器人动作自规划系统还包括一判断单元；

所述判断单元分别连接所述指令接收单元和所述第二存储单元，用于判断于所述第二存储单元中是否存在与所述控制指令对应的所述子存储模块，并输出一判断结果；

所述执行单元还连接所述第二存储单元和所述判断单元，用于根据所述判断结果，当所述第二存储单元中存在于所述控制指令对应的所述子存储模块时，从所述子存储模块中提取所述执行指令并输出。

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