CN111300430A

CN111300430A - 双模协作机器人控制系统

Info

Publication number: CN111300430A
Application number: CN202010229456.0A
Authority: CN
Inventors: 梅其珍
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-06-19

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种双模协作机器人控制系统，其主要包括：机器人以及用于控制机器人的控制后台，控制后台设有主通信模块，机器人设有副通信模块，主通信模块与副通信模块之间存在数据通信；其中，控制后台设有与主通信模块电性连接的总线，以及与总线电性连接的任务管理系统、路径规划系统、操作控制系统、状态显示系统；机器人设有行走机构、工作机构、感知系统以及用于协调行走机构、工作机构以及感知系统工作的处理器；处理器与副通信模块电性连接。本发明通过控制后台中的操作控制系统对机器人进行监控管理，从而提高了对特殊情况的处理能力,同时还能进行多个机器人集群协作，共同完成总的工作任务。

Description

双模协作机器人控制系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种双模协作机器人控制系统。

背景技术

机器人的控制系统是控制机器人的核心机构，是机器智能产生的场所。目前，机器人的控制系统，还不够完善，在执行任务过程中，一旦出现超出预编程和机器学习程序设计范围之外的特殊情况时，往往不具备自主处理能力，当出现该问题时，机器人要因遇到问题自动定制工作，要么继续执行错误的指令，直至酿成更大的事故。

发明内容

本发明提供的双模协作机器人控制系统，通过控制后台中的操作控制系统对机器人进行监控管理，从而提高了对特殊情况的处理能力,同时还能进行多个机器人集群协作，共同完成总的工作任务。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双模协作机器人控制系统，包括：机器人以及用于控制所述机器人的控制后台，所述控制后台设有主通信模块，所述机器人设有副通信模块，所述主通信模块与所述副通信模块之间存在数据通信；其中，所述控制后台设有与所述主通信模块电性连接的总线，以及与所述总线电性连接的任务管理系统、路径规划系统、操作控制系统、状态显示系统；所述机器人设有行走机构、工作机构、感知系统以及用于协调所述行走机构、所述工作机构以及所述感知系统工作的处理器；所述处理器与所述副通信模块电性连接。

优选的，所述机器人设有自主工作模块，所述自主工作模块与所述处理器电性连接；所述操作控制系统包括托管模块和手控模块，以及用于在所述托管模块与所述手控模块之间任意切换的模式选择开关；所述托管模块与所述手控模块分别与所述总线电性连接。

优选的，所述感知系统包括分别与所述处理器电性连接的双目摄像头、红外摄像头、鱼眼镜头、全向麦克风、温湿度传感器、光谱仪、电子计数器；还包括与所述处理器电性连接，用于采集所述工作机构运动数据的压力传感器、角速度传感器、扭力传感器、触觉传感器。

优选的，所述手控模块设有控制手套，用于对所述机器人的工作机构进行动作控制；所述操作控制系统还包括学习模块，用于记录所述控制手套的动作序列；还包括修正系统，所述修正系统与所述学习模块电性连接，用于根据所述机器人工作机构的实际运动结果对所述学习模块中的动作序列进行修正。

优选的，所述路径规划系统包括地图处理器、地图创建模块、地图存储模块，以及漫游导航系统；所述地图创建模块由设置在所述机器人上的激光SLAM和视觉SLAM构成，所述激光SLAM和所述视觉SLAM分别与所述处理器电性连接；所述漫游导航系统包括虚拟现实系统、增强现实系统以及显示操作模块，用于根据所述地图存储模块中的地图对所述机器人进行沉浸式的路径规划及模拟导航。

优选的，所述行走机构包括平衡系统，所述平衡系统通过与所述处理器电性连接的机械陀螺仪、电子陀螺仪、3D加速度传感器采集所述机器人的运动数据，并维持所述机器人的平衡状态。

优选的，所述状态显示系统包括地图显示器、机器人状态监视器、采集数据显示器。

优选的，所述任务管理系统包括任务管理模块、策略存储模块以及决策模块，用于根据决策设定对任务进行策略调整。

优选的，所述工作机构为可替换结构，用于根据不同的工作内容选择相对应的机械结构。

优选的，所述机器人为多个设置，并分别通过各自的所述副通信模块与所述主通信模块进行数据通信；各个所述机器人分别设有互不相同的识别码，用于所述控制后台进行区分；各个所述机器人可以为相同结构设置，也可为不同结构设置。所述策略存储模块中，存有多个对应各个所述机器人的专用策略，各个所述专用策略与各自的所述机器人的识别码对应，用于各个所述机器人集群协同完成不同的工作任务。

优选的，还包括自检模块，所述自检模块与所述总线电性连接，用于对与所述总线电性连接的任务管理系统、路径规划系统、操作控制系统、状态显示系统以及与所述处理器电性连接的所述行走机构、工作机构、感知系统进行安全自检、性能自检，并通过所述状态显示系统进行结果输出。

优选的，还包括安全系统，所述安全系统包括多个与所述处理器电性连接的超声雷达、距离传感器，用于探测机器人四周障碍物与自身位置关系,并将障碍物位置信息反馈给处理器，进行制定规划避障运动路径。

本发明有益效果为：机器人通常执行控制后台中任务管理系统下达的任务，并通过处理器协调行走机构和工作机构来完成任务目标，同时机器还通过感知系统来采集信息，并回传给控制后台，通过状态显示系统进行数据显示；当机器人在执行任务过程中，出现超出预编程和机器学习程序设计范围之外的特殊情况时，控制人员可通过操作控制系统对机器人进行人工遥控操作。通过模式选择开关对机器人的工作模式进行选择，通常情况下，机器人通过自主工作模块执行任务管理系统预设的工作指令，处理繁杂而又机械的活动，当操作后台的管理人员通过模式选择开关，将机器人的权限移交给手控模块时，机器人停止自主工作，并根据手控模块进行动作，其中手控模块中包括控制手套，控制手套具有与机器人的工作机构相似的结构，当管理人员操作控制手套时，机器人的工作机构同样进行相对应的工作，进而执行管理人员的各个工作指令。另外为了给管理人员提供更全面的视角，机器人的工作机构上设有专用摄像头以及多个力学传感器，从而使管理者更清晰的掌握机器人的运行状态。机器人通过双目摄像头采集工作环境中的3D影像，并通过状态显示系统，因此能将记录的内容如实以3D形式对管理者进行展示；而红外摄像头能够实现夜视功能，因此使得机器人能向状态显示系统提供夜视影像；鱼眼镜头对机器人四周进行全景影像采集，因此管理者通过控制后台可随意查看机器人所在环境的影像。另外机器人通过专用的采集测量传感器还能提供更专业的数据采集能力，例如通过温湿度传感器采集气象数据，利用光谱仪对土壤、液体等介质进行成分分析，利用电子计数器测量环境辐射量等，因此使得机器人功能覆盖领域更强。机器人的工作机构中还设有多个传感器，用于监测工作机构中各个部件的工作状态，例如机械手臂运动角度、运动速度、以及力学分析等。手控模块设有控制手套，用于对所述机器人的工作机构进行动作控制；学习模块，用于记录所述控制手套的动作序列；修正系统与所述学习模块电性连接，用于根据所述机器人工作机构的实际运动结果对所述学习模块中的动作序列进行修正。地图创建模块由设置在所述机器人上的激光SLAM和视觉SLAM构成，用于生成地图数据，并存于地图存储模块中，漫游导航系统包括虚拟现实系统、增强现实系统以及显示操作模块，用于根据所述地图存储模块中的地图对所述机器人进行沉浸式的路径规划及模拟导航。由于机器人的行走机构可为多种类型，例如用于在陆地上行走的轮式、履带式、螺杆式、双足式、多足式，以及用于在空中或水中移动的旋翼式、鳍片式等，因此平衡系统对于机器人运动特征提供了保障条件。机器人所在的环境信息、包括所处地理位置以及工作中自身的各个参数，均通过操作后台的状态显示系统进行展示，便于操作后台的管理者及早的发现问题，并调整机器人的工作策略。任务管理模块用于存储多个任务列表，而对于任务列表中的各个任务，则对应的设置了多个工作策略，并且存于策略存储模块内，决策模块结合机器人的当前工作状态，对每一个任务进行各个策略的模拟，并选取最优策略，并按照最优策略对机器人的任务进行指令下发。机器人的工作机构通过接口与机器人主体电性连接，并与处理器进行通信。由此，开发出的不同种类、不同功能的工作机构，通过与机器人的搭配，便能使机器人具有相应的特长能力，从而满足不同工作场景中的需要，例如：仿人手的工作机构，可用来直接使用人类的工具，代替真人完成各种工作。所述机器人为多个设置，并分别通过各自的所述副通信模块与所述主通信模块进行数据通信；因此使得多个机器人能一起协同工作，并根据各个机器人所具备的特长能力，协同完成复杂的任务目标。其中由于每个机器人的识别码不同，因此控制后台通过识别码对各个机器人进行识别，并对其分派相应的任务目标，同时在状态显示系统中，对于各个机器人的状态及数据采集也包含识别码字段加以区分。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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他的附图。

图1为本发明的系统整体示意图；

图2为本发明操作控制系统示意图；

图3为本发明机器人感知系统局部示意图；

图4为本发明操作控制系统中学习修正系统示意图；

图5为本发明路径规划系统结构示意图；

图6为本发明状态显示系统结构示意图；

图7为本发明决策模块部分示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明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。

实施例一：

根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，一种双模协作机器人控制系统，包括：机器人1以及用于控制所述机器人1的控制后台2，所述控制后台2设有主通信模块3，所述机器人1设有副通信模块4，所述主通信模块3与所述副通信模块4之间存在数据通信；其中，所述控制后台2设有与所述主通信模块3电性连接的总线5，以及与所述总线5电性连接的任务管理系统6、路径规划系统7、操作控制系统8、状态显示系统9；所述机器人1设有行走机构10、工作机构11、感知系统12以及用于协调所述行走机构10、所述工作机构11以及所述感知系统12工作的处理器13；所述处理器13与所述副通信模块4电性连接。

上述设置中，机器人1中的副通信模块4与控制后台中的主通信模块3进行无线数据通信，用接收控制后台2中任务管理系统6下达的任务，并通过处理器13协调行走机构10和工作机构11来完成任务目标。其中主通信模块3与副通信模块4之间根据应用场景的不同，可按需采用多种有线或无线通信协议通信。同时机器人1通过感知系统12来采集信息，并回传给控制后台2，通过状态显示系统9进行数据显示；当机器人1在执行任务过程中，出现超出预编程和机器学习程序设计范围之外的特殊情况时，控制人员可通过操作控制系统8对机器人1进行人工遥控操作。

实施例二：

所述机器人1设有自主工作模块14，所述自主工作模块14与所述处理器13电性连接；所述操作控制系统8包括托管模块15和手控模块16，以及用于在所述托管模块15与所述手控模块16之间任意切换的模式选择开关17；所述托管模块15与所述手控模块16分别与所述总线5电性连接。

该设置中，通过模式选择开关17对机器人1的工作模式进行选择，通常情况下，机器人1通过自主工作模块14执行任务管理系统6预设的工作指令，处理繁杂而又机械的活动，当操作后台的管理人员通过模式选择开关17，将机器人1的权限移交给手控模块16时，机器人1停止自主工作，并根据手控模块16进行动作，其中手控模块16中包括控制手套28，控制手套28具有与机器人1的工作机构11相似的结构，当管理人员操作控制手套28时，机器人1的工作机构11同样进行相对应的工作，进而执行管理人员的各个工作指令。另外为了给管理人员提供更全面的视角，机器人1的工作机构11上设有多类型的摄像头以及多个力学传感器，从而使管理者更清晰的掌握机器人1的运行状态。

实施例三：

所述感知系统12包括分别与所述处理器13电性连接的双目摄像头18、红外摄像头19、鱼眼镜头20、全向麦克风21、温湿度传感器22、光谱仪23、电子计数器24；还包括与所述处理器13电性连接，用于采集所述工作机构11运动数据的压力传感器25、角速度传感器26、扭力传感器27、触觉传感器50。

具体的，机器人1通过双目摄像头18采集工作环境中的3D影像，并通过状态显示系统9，因此能将记录的内容如实以3D形式对管理者进行展示；而红外摄像头19能够实现夜视功能，因此使得机器人1能向状态显示系统9提供夜视影像；鱼眼镜头20对机器人1四周进行全景影像采集，因此管理者通过控制后台2可随意查看机器人1所在环境的影像。

另外机器人1通过多类型的测量传感器还能提供更专业的数据采集能力，例如通过温湿度传感器22采集气象数据，利用光谱仪23对土壤、液体等介质进行成分分析，利用电子计数器24测量环境辐射量等，因此使得机器人1功能覆盖领域更强。

机器人1的工作机构11中还设有多个传感器，用于监测工作机构11中各个部件的工作状态，例如机械手臂运动角度、运动速度、以及力学分析等。

触觉传感器50是用于机器人中模仿触觉功能的传感器，用于在工作过程中感知碰触、力矩、压力、滑动。按功能可分为接触觉传感器、力－力矩觉传感器、压觉传感器和滑觉传感器等。

实施例四：

所述手控模块16设有控制手套28，用于对所述机器人1的工作机构11进行动作控制；所述操作控制系统8还包括学习模块29，用于记录所述控制手套28的动作序列；还包括修正系统30，所述修正系统30与所述学习模块29电性连接，用于根据所述机器人1工作机构11的实际运动结果对所述学习模块29中的动作序列进行修正。

实施例五：

所述路径规划系统7包括地图处理器13、地图创建模块32、地图存储模块33，以及漫游导航系统34；所述地图创建模块32由设置在所述机器人1上的激光SLAM35和视觉SLAM36构成，用于生成地图数据，并存于地图存储模块33中，所述漫游导航系统34包括虚拟现实系统37、增强现实系统38以及显示操作模块39，用于根据所述地图存储模块33中的地图对所述机器人1进行沉浸式的路径规划及模拟导航。

实施例六：

所述行走机构10包括平衡系统40，所述平衡系统40通过与所述处理器13电性连接的机械陀螺仪、电子陀螺仪、3D加速度传感器采集所述机器人1的运动数据，并维持所述机器人1的平衡状态。由于机器人1的行走机构10可为多种类型，例如用于在陆地上行走的轮式、履带式、螺杆式、双足式、多足式，以及用于在空中或水中移动的旋翼式、鳍片式等，因此平衡系统40对于机器人1运动特征提供了保障条件。

实施例七：

所述状态显示系统9包括地图显示器41、机器人1状态监视器42、采集数据显示器43、任务监视器。机器人1所在环境信息、包括所处地理位置以及工作中自身的各个参数，均通过操作后台的状态显示系统9进行展示，便于操作后台的管理者及早的发现问题，并调整机器人1的工作策略。任务监视器，用于对机器人的任务进度及历史日志信息进行查看，用于安排掌握机器人的工作进度。

实施例八：

所述任务管理系统6包括任务管理模块44、策略存储模块45以及决策模块46，用于根据决策设定对任务进行策略调整。任务管理模块44用于存储多个任务列表，而对于任务列表中的各个任务，则对应的设置了多个工作策略，并且存于策略存储模块45内，决策模块46结合机器人1的当前工作状态，对每一个任务进行各个策略的模拟，并选取最优策略，并按照最优策略对机器人1的任务进行指令下发。

实施例九：

所述工作机构11为可替换结构，用于根据不同的工作内容选择相对应的机械结构。机器人1的工作机构11通过接口与机器人1主体电性连接，并与处理器13进行通信。由此，开发出的不同种类、不同功能的工作机构11，通过与机器人1的搭配，便能使机器人1具有相应的特长能力，从而满足不同工作场景中的需要，例如：仿人手的工作机构11，可用来直接使用人类的工具，代替真人完成各种工作。

实施例十：

所述机器人1为多个设置，并分别通过各自的所述副通信模块4与所述主通信模块3进行数据通信；各个所述机器人1分别设有互不相同的识别码47，用于所述控制后台2进行区分；各个所述机器人1可以为相同结构设置，也可为不同结构设置。

同时，所述策略存储模块中，存有多个对应各个所述机器人的专用策略，各个所述专用策略与各自的所述机器人的识别码对应，用于各个所述机器人集群协同完成不同的工作任务。

通过该设置，能使得多个机器人1进行集群，并协同工作完成总的工作任务，各个专用策略与所对应机器人1具备的特长能力而设定，用于各个机器人之间相互配合协同完成复杂的任务目标。其中由于每个机器人1的识别码47不同，因此控制后台2通过识别码47对各个机器人1进行识别，并根据策略存储模块中的专用策略对其分派相应的任务目标，同时在状态显示系统9中，对于各个机器人1的状态及数据采集也包含识别码47字段加以区分。

实施例十一：

还包括自检模块，所述自检模块与所述总线电性连接，用于对与所述总线电性连接的任务管理系统、路径规划系统、操作控制系统、状态显示系统以及与所述处理器电性连接的所述行走机构、工作机构、感知系统进行安全自检、性能自检，并通过所述状态显示系统进行结果输出。

控制后台以及机器人分别通过自检模块进行自检，该过程包括与各个部件建立通信电性连接关系，以及获取状态信息，最终并将转态信息通过显示系统进行显示，同时该状态信息通过总线传递给任务管理模块，通过任务管理模块进行任务分配。

实施例十二：

还包括安全系统51，所述安全系统51包括多个与所述处理器13电性连接的超声雷达52、距离传感器53，用于探测机器人四周障碍物与自身位置关系。

机器人在行进过程中，当检测到距障碍物越来越近，且原定路径规划与障碍物冲突时，处理器13接收安全系统51所发出的危险信号，并控制行走机构10对移动路径进行修订。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种双模协作机器人控制系统，包括：机器人以及用于控制所述机器人的控制后台，所述控制后台设有主通信模块，所述机器人设有副通信模块，所述主通信模块与所述副通信模块之间存在数据通信，其特征在于：

所述控制后台设有与所述主通信模块电性连接的总线，以及与所述总线电性连接的任务管理系统、路径规划系统、操作控制系统、状态显示系统；

所述机器人设有行走机构、工作机构、感知系统以及用于协调所述行走机构、所述工作机构以及所述感知系统工作的处理器；所述处理器与所述副通信模块电性连接；

所述机器人设有自主工作模块，所述自主工作模块与所述处理器电性连接；所述操作控制系统包括托管模块和手控模块，以及用于在所述托管模块与所述手控模块之间任意切换的模式选择开关；所述托管模块与所述手控模块分别与所述总线电性连接；

所述手控模块设有控制手套，用于对所述机器人的工作机构进行动作控制；所述操作控制系统还包括学习模块，用于记录所述控制手套的动作序列；还包括修正系统，所述修正系统与所述学习模块电性连接，用于根据所述机器人工作机构的实际运动结果对所述学习模块中的动作序列进行修正。

2.根据权利要求1所述的双模协作机器人控制系统，其特征在于：所述感知系统包括分别与所述处理器电性连接的双目摄像头、红外摄像头、鱼眼镜头、全向麦克风、温湿度传感器、光谱仪、电子计数器；还包括与所述处理器电性连接，用于采集所述工作机构运动数据的压力传感器、角速度传感器、扭力传感器、触觉传感器。

3.根据权利要求2所述的双模协作机器人控制系统，其特征在于：所述路径规划系统包括地图处理器、地图创建模块、地图存储模块，以及漫游导航系统；所述地图创建模块由设置在所述机器人上的激光SLAM和视觉SLAM构成，所述激光SLAM和所述视觉SLAM分别与所述处理器电性连接；所述漫游导航系统包括虚拟现实系统、增强现实系统以及显示操作模块，用于根据所述地图存储模块中的地图对所述机器人进行沉浸式的路径规划及模拟导航。

4.根据权利要求3所述的双模协作机器人控制系统，其特征在于：所述行走机构包括平衡系统，所述平衡系统通过与所述处理器电性连接的机械陀螺仪、电子陀螺仪、3D加速度传感器采集所述机器人的运动数据，并维持所述机器人的平衡状态。

5.根据权利要求4所述的双模协作机器人控制系统，其特征在于：所述任务管理系统包括任务管理模块、策略存储模块以及决策模块，用于根据决策设定对任务进行策略调整。

6.根据权利要求5所述的双模协作机器人控制系统，其特征在于：所述状态显示系统包括地图显示器、机器人状态监视器、采集数据显示器、任务监视器。

7.根据权利要求6所述的双模协作机器人控制系统，其特征在于：所述工作机构为可替换结构，用于根据不同的工作内容选择相对应的机械结构。

8.根据权利要求7所述的双模协作机器人控制系统，其特征在于：所述机器人为多个设置，并分别通过各自的所述副通信模块与所述主通信模块进行数据通信；各个所述机器人分别设有互不相同的识别码，用于所述控制后台进行区分；各个所述机器人可以为相同结构设置，也可为不同结构设置；

所述策略存储模块中，存有多个对应各个所述机器人的专用策略，各个所述专用策略与各自的所述机器人的识别码对应，用于各个所述机器人集群协同完成不同的工作任务。

9.根据权利要求8所述的双模协作机器人控制系统，其特征在于：还包括自检模块，所述自检模块与所述总线电性连接，用于对与所述总线电性连接的任务管理系统、路径规划系统、操作控制系统、状态显示系统以及与所述处理器电性连接的所述行走机构、工作机构、感知系统进行安全自检、性能自检，并通过所述状态显示系统进行结果输出。

10.根据权利要求9所述的双模协作机器人控制系统，其特征在于：还包括安全系统，所述安全系统包括多个与所述处理器电性连接的超声雷达、距离传感器，用于探测机器人四周障碍物与自身位置关系,并将障碍物位置信息反馈给处理器，进行制定规划避障运动路径。