CN111496790A - 一种仲裁规划系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仲裁规划系统及方法，属于机器人控制技术领域。仲裁规划系统接收外部输入的计划指令并转换形成执行计划，同时仲裁规划系统接收传感系统发送的外在环境信息。仲裁规划系统将执行计划与外在环境信息进行冲突仲裁判断：若不产生冲突，则交由控制单元生成相应的控制指令并下发至机器人的控制系统，由控制系统控制机器人的各个可活动关节的电机单元执行；若产生冲突，则返回至仲裁规划系统并重新进行规划，重新规划的执行计划与原先的执行计划不同。上述技术方案的有益效果是：通过上述仲裁规划系统及其仲裁规划方法能够解决机器人计划动作与外在环境之间产生冲突时的仲裁问题，从而实现顺畅执行预定的执行计划，使得机器人能够完成既定动作，提升机器人的工作效率。

Description

一种仲裁规划系统和方法

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种仲裁规划系统和方法。

背景技术

随着智能机器人技术的日趋发展，在人们的日常生活领域随处都可以看到智能机器人的身影，例如日常应用的家庭机器人以及在公共场合迎宾导航的迎宾机器人等。这类机器人主要由头部和躯干构成，其主要通过语音、图像以及移动等来和用户进行互动，因此这类型的机器人不需要搭载过多过长的机械臂和机械腿，也就不存在机械臂/机械腿在运动过程中与外界产生的冲突问题。

除了应用于上述日常环境中，智能机器人也被逐渐应用到灾难救援等较为危险的场景来替代救援人员进行操作，从而降低救援人员的人员伤亡风险。在这类应用场景中，智能机器人需要具有一定长度和运动幅度的机械臂和机械腿来支持其进行移动、攀爬、清障以及其他排除危险的动作。由于灾难救援现场的场景地形非常复杂，智能机器人在执行上述动作的过程中，其计划动作极易与外在环境发生冲突，从而导致碰撞发生，或者导致机器人无法及时完成任务，对救援进度产生影响。现有技术中针对上述问题仍然没有较佳的冲突解决机制。

发明内容

根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种仲裁规划系统和方法的技术方案，旨在解决机器人计划动作与外在环境之间产生冲突时的仲裁问题。

上述技术方案具体包括：

一种仲裁规划系统，应用于智能机器人；其中，所述智能机器人具有一机器人本体以及与所述机器人本体连接的指令下发装置，用户通过所述指令下发装置向所述机器人本体发送计划指令，所述计划指令用于指示所述机器人本体执行一预定的执行计划；

所述机器人本体包括多个肢节刚体，以及多个连接相邻的所述肢节刚体的可活动关节，每个所述可活动关节分别连接一个电机单元，所述电机单元用于控制对应的所述可活动关节进行运动；

所述机器人本体中包括一控制系统，所述控制系统分别连接每个所述电机单元，所述控制系统用于对所述电机单元进行控制，从而控制所述可活动关节进行运动；

所述机器人本体中还包括一传感系统，所述传感系统中包括：

一传感器模组，所述传感器模组设置在所述机器人本体上，用于检测并更新所述机器人本体当前所在的外在环境信息。

所述仲裁规划系统设置于所述机器人本体内，并包括：

指令接收单元，用于接收所述指令下发装置发送的所述计划指令；

规划单元，连接所述指令接收单元，所述规划单元中包括预设的规划库，所述规划库中包括多个预定的所述执行计划，所述规划单元用于根据所述计划指令，于所述规划库中匹配得到所述执行计划并输出；

仲裁单元，分别连接所述规划单元和所述传感系统，所述仲裁单元对所述传感器模组实时反馈的所述外在环境信息以及所述规划单元输出的所述执行计划进行冲突仲裁，并输出相应的冲突仲裁结果；

控制单元，分别连接所述仲裁单元和所述控制系统，用于在所述冲突仲裁结果表示所述执行计划和当前的所述外在环境信息没有冲突时，根据所述执行计划输出对应的控制指令并下发至所述控制系统中，以供所述控制系统对各个所述电机单元进行控制；

重新规划单元，分别连接所述仲裁单元和所述规划单元，用于在所述冲突仲裁结果表示所述执行计划和当前的所述外在环境信息产生冲突时，向所述规划单元发送一重新规划指令，所述规划单元根据所述重新规划指令，对所述计划指令进行重新匹配以重新规划得到所述执行计划。

优选的，该仲裁规划系统，其中，所述指令接收单元还直接连接所述控制单元；

所述指令接收单元中包括一强制指令接收模块，用于接收所述计划指令中的强制执行指令，所述强制指令中包含明确的所述执行计划；

所述强制指令接收模块接收到所述强制执行指令后，将所述强制执行指令直接发送至所述控制单元；

所述控制单元以最高优先级执行所述强制执行指令中所包含的所述执行计划。

优选的，该仲裁规划系统，其中，还包括一指令生成单元，分别连接所述规划单元和所述传感系统，用于根据所述传感器模组实时反馈的所述外在环境信息生成一可由所述智能机器人自动执行的自动执行指令，以供所述规划单元匹配得到一对应于所述自动执行指令的所述执行计划；

所述规划单元中包括一冲突裁决模块，用于在对应于所述自动执行指令的所述执行计划和对应于所述计划指令的所述执行计划相冲突时，选择对应于所述计划指令的所述执行计划并输出至所述仲裁单元。

优选的，该仲裁规划系统，其中，所述规划库中预先保存的每个所述执行计划分别对应于多个执行轨迹，每个所述执行轨迹对应于所述智能机器人的一系列连贯的执行动作；

则所述规划单元中包括：

网络信息规划模块，用于根据所述计划指令匹配得到对应的所述执行计划中的所有所述执行轨迹；

选择模块，连接所述网络信息规划模块，用于从所述网络信息规划模块输出的所有所述执行轨迹中选择其中一个包含在所述执行计划中并输出。

优选的，该仲裁规划系统，其中，于预设的所述规划库中，每个所述执行轨迹中的每个所述执行动作分别通过至少一个所述可活动关节的运动实现；

每个所述执行轨迹分别通过按照预设顺序依次连续执行的多个所述执行动作来实现；

每个所述执行轨迹分别对应于至少一个所述预设顺序；

则当所述规划单元根据所述重新规划指令对所述计划指令重新进行规划时，所述规划单元通过变换所述预设顺序来重新匹配获得所述执行计划并输出。

优选的，该仲裁规划系统，其中，于预设的所述规划库中，每个所述执行轨迹中的每个所述执行动作分别通过至少一个所述可活动关节的运动实现；

每个所述执行轨迹分别通过按照预设顺序依次连续执行的多个所述执行动作中的至少一个来实现；

每个所述执行轨迹分别对应于至少一个所述预设顺序；

则当所述规划单元根据所述重新规划指令对所述计划指令重新进行规划时，所述规划单元通过变换所述预设顺序和/或变换参与所述执行轨迹的所述执行动作来重新匹配获得所述执行计划并输出。

优选的，该仲裁规划系统，其中，所述控制单元具体包括：

控制选择模块，用于根据所述执行计划，选中相关联的多个所述可活动关节；

轨迹生成模块，连接所述控制选择模块，用于根据所述执行计划，分别针对被选中的每个所述可活动关节处理得到相应的关节运动轨迹；

所述控制单元根据被选中的所述可活动关节以及每个所述可活动关节的所述关节运动轨迹，向所述控制系统下发所述控制指令。

优选的，该仲裁规划系统，其中，每个所述执行计划具有预定的多个执行动作，每个所述执行动作分别通过至少一个所述可活动关节的运动实现；

每个所述执行计划分别通过按照预设顺序依次连续执行的多个所述执行动作中的至少一个来实现；

所述轨迹生成模块中预设有对应于每个所述执行动作中的每个所述可活动关节的标准轨迹，所述轨迹生成模块根据所述执行计划对预设的所述标准轨迹进行匹配，并根据所述匹配结果生成所述关节运动轨迹。

优选的，该仲裁规划系统，其中，所述传感系统中还包括：

多个传感器单元，每个所述传感器单元分别设置在对应的一个所述可活动关节上，并用于检测所述可活动关节的运动状态；

所述控制单元还包括：

反应反馈模块，用于根据所述传感器单元反馈的所述可活动关节的所述运行状态持续判断所述机器人本体在执行所述执行计划的过程中是否存在错误，并输出相应的判断结果；

所述重新规划单元还连接所述控制单元，用于在所述判断结果表示所述机器人本体在执行所述执行计划的过程中存在错误时，向所述规划单元发送一重新规划指令，所述规划单元根据所述重新规划指令，对所述计划指令进行重新匹配以重新规划得到所述执行计划。

一种仲裁规划方法，其中，应用于上述的仲裁规划系统，并包括：

步骤S1，所述仲裁规划系统接收所述指令下发装置发送的所述计划指令；

步骤S2，所述仲裁规划系统根据所述计划指令，于预设的所述规划库中匹配得到所述执行计划并输出；

步骤S3，所述仲裁规划系统接收所述传感器模组反馈的所述机器人本体当前所在的外在环境信息，并对所述外在环境信息和所述执行计划进行冲突仲裁：

若不冲突，则转向步骤S4；

若冲突，则转向步骤S5；

步骤S4，所述仲裁规划系统根据所述执行计划输出对应的控制指令并下发至所述控制系统中，以供所述控制系统对各个所述电机单元进行控制，随后返回所述步骤S1；

步骤S5，所述仲裁规划系统生成一重新规划指令，随后返回所述步骤S2，以对所述计划指令进行重新匹配，重新规划得到所述执行计划。

上述技术方案的有益效果为：通过上述仲裁规划系统及其仲裁规划方法能够解决机器人计划动作与外在环境之间产生冲突时的仲裁问题，从而实现顺畅执行预定的执行计划，使得机器人能够完成既定动作，提升机器人的工作效率。

附图说明

图1是本发明的较佳的实施例中，一种仲裁规划系统的总体结构示意图；

图2是本发明的较佳的实施例中，指令接收单元的结构示意图；

图3是本发明的较佳的实施例中，规划单元的结构示意图；

图4是本发明的较佳的实施例中，控制单元的结构示意图；

图5是本发明的较佳的实施例中，一种仲裁规划方法的总体流程示意图；

图6是本发明的较佳的实施例中，步骤S4的具体流程示意图；

图7是本发明的较佳的实施例中，仲裁规划方法中，反应反馈过程的流程示意图。

具体实施方式

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。

本发明的较佳的实施例中，根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种仲裁规划系统。

该仲裁规划系统所应用的智能机器人具有一机器人本体A以及与机器人本体A连接的指令下发装置B，用户通过指令下发装置B向机器人本体A发送计划指令，计划指令用于指示机器人本体A执行一预定的执行计划；

机器人本体A包括多个肢节刚体，以及多个连接相邻的肢节刚体的可活动关节，每个可活动关节分别连接一个电机单元A1，电机单元A1用于控制对应的可活动关节进行运动(图1中仅示出一个电机单元A1)。

机器人本体A中包括一控制系统A2，控制系统A2分别连接每个电机单元A1，控制系统A2用于对电机单元A1进行控制，从而控制可活动关节进行运动；

机器人本体A中还包括一传感系统A3，传感系统A3中包括：

一传感器模组A31，传感器模组A31设置在机器人本体A上，用于检测并更新机器人本体A当前所在的外在环境信息。

仲裁规划系统C设置于机器人本体A内，并包括：

指令接收单元C1，用于接收指令下发装置发送的计划指令；

规划单元C2，连接指令接收单元C1，规划单元C2中包括预设的规划库，规划库中包括多个预定的执行计划，规划单元C2用于根据计划指令，于规划库中匹配得到执行计划并输出；

仲裁单元C3，分别连接规划单元C2和传感系统A3，仲裁单元C3对传感器模组A3实时反馈的外在环境信息以及规划单元C2输出的执行计划进行冲突仲裁，并输出相应的冲突仲裁结果；

控制单元C4，分别连接仲裁单元C3和控制系统A2，用于在冲突仲裁结果表示执行计划和当前的外在环境信息没有冲突时，根据执行计划输出对应的控制指令并下发至控制系统A2中，以供控制系统对各个电机单元A1进行控制；

重新规划单元C5，分别连接仲裁单元C3和规划单元C2，用于在冲突仲裁结果表示执行计划和当前的外在环境信息产生冲突时，向规划单元C2发送一重新规划指令，规划单元C2根据重新规划指令，对计划指令进行重新匹配以重新规划得到执行计划。

本实施例中，上述肢节刚体和可活动关节的设置可以参考现有技术中工业机器人的机械手臂/机械腿，肢节刚体主要用于模拟人体的手臂/腿部运动，可以依照人体的臂骨和腿骨等位置模拟其形状制成。可活动关节位于相邻的两个肢节刚体之间，用于提供肢节刚体活动所需的自由度。上述多个肢节刚体和相应的可活动关节可以组合形成智能机器人的一条机械臂或者一条机械腿。上述肢节刚体和可活动关节的构成并非本技术方案的重点，并且本领域技术人员完全可以依照现有技术实现上述结构，因此在本文中不再赘述。

本实施例中，上述传感器模组A31可以设置在智能机器人的头部，也可以设置在智能机器人的躯干部位，其可以包括用于采集智能机器人前方操作环境和周围全景环境的相机组，也可以包括用于进行测距的激光雷达等设备。

进一步地，为了从传感器模组A31采集到的信息中处理得到智能机器人的外在环境信息，上述传感系统A3中除了包括传感器模组A31外，还可以包括一个专门用来处理传感器数据的传感处理单元A32(如图1中所示)，传感处理单元A32连接传感器模组A31中的各类传感器并用于获取各类传感器采集到的各类传感数据。传感处理单元A32根据传感数据综合形成外在环境信息并输出。例如：

针对普通相机拍摄得到的图像信息，传感处理单元A32可以得到平面的环境数据，以及可以得到与外在环境中某一个点之间的距离信息。

针对全景相机拍摄得到的全景图像信息，传感处理单元A32可以得到智能机器人所在的全景环境数据。

针对激光雷达回传的雷达数据，传感处理单元A32同样可以处理得到智能机器人与外在环境中某一个点之间的距离信息。激光雷达可以360度旋转检测，从而能够得到智能机器人与外在环境的距离信息。

通过综合上述所有传感数据，传感处理单元A32处理之后即可得到综合的外在环境信息。并且，由于上述传感器模组A3是实时采集传感数据并回传的，因此传感处理单元A32处理得到的外在环境信息也是实时更新的，从而能够匹配运行过程中的智能机器人。

上述融合传感器数据并处理得到外在环境信息的具体过程可以参照现有技术(例如中国已公开专利CN201810159984.6等)，最终输出的外在环境信息为三维建模得到的三维环境信息。

本实施例中，上述规划单元C2接收的计划指令通常为用户发出的，上述连接机器人本体的指令下发装置可以为设置在机器人本体上的触摸屏等指令输入装置，也可以为通过蓝牙、红外或者WiFi等方式远程连接机器人本体的遥控输入装置。上述计划指令包括机器人需要操作的执行计划的名称，以及该执行计划所涉及的场景范围。

进一步地，若执行计划为操作特定的工具，则上述计划指令还可以包括特定工具的名称或者特定工具的工具类型。

上述所有执行计划均事先对智能机器人进行了示教或者训练，换言之，用户输入的计划指令所对应的执行计划均应当包括在智能机器人“已知”的执行计划范围内。

本实施例中，上述规划单元C2中包括预设的规划库，该预设的规划库中包括上文中所述的多个预先训练或者示教完成的执行计划，每个执行计划分别匹配于对应的一个计划指令。换言之，规划单元C2可以根据计划指令对规划库进行匹配，从而得到并输出一个相应的执行计划。

本实施例中，上述规划单元C2输出的执行计划相对于计划指令而言更为具体，可以包括机器人为了实现计划指令规定的内容而执行的一系列动作。例如用户输入的计划指令为指示机器人“开门”，则执行计划中包括机器人开门时的一系列连贯的动作，还可以包括机器人行进到门的位置的行进轨迹等。又例如用户输入的计划指令为指示机器人清除障碍物，则执行计划中包括机器人清除障碍物的一系列连贯的动作，以及机器人行进到障碍物所在位置的行进轨迹等。

本实施例中，上述仲裁单元C3获取到规划单元C2输出的执行计划，以及传感系统A3输出的外在环境信息，随后可以将执行计划与外在环境信息进行对比，以判断执行计划和外在环境信息之间是否存在冲突。所谓的冲突，实际指的是外在环境信息的存在导致执行计划可能无法执行，例如在机器人计划好的行进路线上存在有障碍物，或者机器人在操作某个工具时会与周围的障碍物碰撞等。仲裁单元C3对上述情况进行仲裁后输出相应的仲裁结果，该仲裁结果用于表示执行计划与外在环境信息是否会产生冲突。

本实施例中，若仲裁结果表示执行计划与外在环境信息不会产生冲突，则上述控制单元C4获取执行计划并转换形成相应的控制指令下发至机器人本体的控制系统A2中，以供控制系统A2对各个电机单元进行控制，从而控制机器人本体完成执行计划。

若仲裁结果表示执行计划与外在环境信息会产生冲突，则该执行计划不会进入控制单元C4，而是通过重新规划单元C5生成一个重新规划指令，以指示规划单元C2重新匹配并形成一个新的执行计划。

进一步地，重新规划形成的新的执行计划与原先的执行计划不能相同，这样就能够保证新的执行计划至少不会与外在环境信息产生与原先原因相同的冲突。也就是说，针对同一个计划指令，可以匹配得到多个不同的执行计划，不同的执行计划之间有所区别的可以是机器人的行进路线，也可以是机器人的执行动作，又或者是执行动作之间的顺序等。

由于上述的外在环境信息是实时更新的，因此上述冲突仲裁判断的过程也是连续的，从而能够连续更新执行计划。

本发明的较佳的实施例中，如图1中所示，指令接收单元C1还直接连接控制单元C4；

则如图2中所示，指令接收单元C1中包括一强制指令接收模块C11，用于接收计划指令中的强制执行指令，强制指令指令中包含明确的执行计划；

强制指令接收模块C11接收到强制执行指令后，将强制执行指令直接发送至控制单元C4；

控制单元C4以最高优先级执行强制执行指令中所包含的执行计划。

进一步地，仍然如图1中所示，上述仲裁规划系统中还包括一指令生成单元C6，分别连接规划单元C2和传感系统A3，用于根据传感器模组实时反馈的外在环境信息生成一可由智能机器人自动执行的自动执行指令，以供规划单元C2匹配得到一对应于自动执行指令的执行计划；

则如图3中所示，规划单元C2中包括一冲突裁决模块C21，用于在对应于自动执行指令的执行计划和对应于计划指令的执行计划相冲突时，选择对应于计划指令的执行计划并输出至仲裁单元C3。

具体地，本实施例中，将输入至仲裁规划系统或者由仲裁规划系统自身生成的指令分为至少三个优先级：

具有最高优先级的为由外部输入的强制执行指令，该强制执行指令中应当包括具体的执行计划，即能够明确指示智能机器人如何动作的内容。当智能机器人接收到该强制执行指令后应当置于最高优先级并立即处理。该类强制执行指令例如，指示智能机器人立即向左前进5米，或者指示智能机器人急停等。

具有次一级优先级的为由外部输入的一般的执行指令，该执行指令中并没有包括具体的执行计划，即只规定了大致的执行方向，相应的执行计划仍然需要由规划单元C2匹配得到并输出。当智能机器人接收到该类指令后，若没有强制执行指令则可以正常进行处理，若同时存在强制执行指令与该一般的执行指令相冲突，则需要优先执行强制执行指令，待强制执行指令执行完毕后再执行该一般的执行指令。该类一般的执行指令例如，指示机器人“开门”的指令，或者指示机器人“转动阀门”的指令等。

具有最低优先级的为由智能机器人自身产生且可自动执行的自动执行指令，该类自动执行指令通常由智能机器人在运行过程中自动产生，例如一些自动避障指令，或者自动变形指令等。该类自动执行指令的优先级最低，即只要同时存在强制执行指令和/或一般的执行指令与该类自动执行指令相冲突，就优先执行强制执行指令和/或一般的执行指令，再执行该自动执行指令。

本发明的较佳的实施例中，上述规划库中预先保存的每个执行计划分别对应于多个执行轨迹，每个执行轨迹对应于智能机器人的一系列连贯的执行动作；

则仍然如图3中所示，规划单元C2中包括：

网络信息规划模块C22，用于根据计划指令匹配得到对应的执行计划中的所有执行轨迹；

选择模块C23，连接网络信息规划模块C22，用于从网络信息规划模块C22输出的所有执行轨迹中选择其中一个包含在执行计划中并输出。

进一步地，用户通过指令下发装置下发的指令中，除了强制执行指令外，一般的执行指令均有可能仅指示粗略的执行计划，例如智能机器人应该往哪里去，应该执行什么任务，但是其中没有包括任何具体的坐标等参数数据。并且，用户下发的指令所涉及的执行计划都应当是智能机器人事先被示教好或者训练好的，即包括在可被智能机器人“理解”的范畴内。每个输入指令对应一个执行计划，每个执行计划对应多个可能的执行轨迹，例如指示机器人“登车”，则这个执行计划中存在机器人从当前位置移动至车辆所在位置的行进路线。而依照当时的世界环境三维建模就可能存在多条不同的行进路线，一条执行轨迹中就包括一条特定的行进路线，将所有执行轨迹输出，即等同于输出了所有可能的行进路线。

当然，执行轨迹中除了包括机器人位置移动的行进路线之外，还包括机器人自身脖颈、躯干以及四肢等可活动部位的活动轨迹，例如机械手臂、机械手爪以及脖颈关节的运动轨迹等。换言之，智能机器人按照输出的每个可能的执行轨迹运行，在理想情况下都能够达成执行计划所包含的最终目的。

上述世界环境三维建模可以通过设置在智能机器人上的传感器集合采集外界传感器信息，并融合建模形成。上述传感器集合可以包括用于采集外界图像的双目视觉相机，用于采集全景图像的鱼眼相机，以及用于进行距离测量的相机和雷达等设备。上述三维图像融合并建模的过程在现有技术中已有较多描述，在此不再赘述。

本实施例中，上述网络信息规划模块C22将匹配得到的执行计划中的所有的执行轨迹均输出，随后选择模块C23只选择其中一条最优的执行轨迹并作为本次执行计划所对应的执行轨迹。所谓“最优的”选择，其基准可以为行进轨迹最短，也可以为机器人各个可活动部位的运行轨迹消耗最少，同样可以结合上述两种基准综合评价。

最终形成的执行指令提供给智能机器人按照既定的输入指令完成执行计划，达到执行目的。

本发明的较佳的实施例中，用户通过指令下发装置输入并下发的指令中包括本次执行所对应的执行计划的名称。

于上述网络信息规划模块C22中预先设置有执行计划的名称，以及分别对应于每个执行计划的多个执行轨迹。

则该网络信息规划模块C22接收到用户下发的指令后，就能从该指令中解析得到执行计划的名称，并进而匹配相应的执行计划得到其中的所有执行轨迹并输出。

本发明的较佳的实施例中，用户通过指令下发装置输入并下发的指令中还包括执行附属信息；

执行附属信息具体包括：

本次执行所涉及的物体对象所在的粗略位置区域；和/或

本次执行所涉及的物体对象的对象类型。

则上述网络信息规划模块C22生成并输出所有执行轨迹的同时，输出该执行附属信息；

并且，上述选择模块C23依据执行附属信息，从所有执行轨迹中选择其中一个并生成相应的执行指令。

具体地，本实施例中，上述输入指令中除了执行计划的名称外，还可以包括执行计划所涉及的物体对象所在的粗略位置区域，以及该物体对象的对象类型等。例如一个输入指令指示智能机器人“驾驶车辆”，那么输入指令中除了包括“驾驶车辆”这一执行计划的名称外，还可以输入被驾驶的车辆的大致位置范围(可由用户在一预定的三维地图上选择得到)，以及被驾驶车辆的车辆类型(例如小轿车/卡车/其他特种车辆等)。同样地，上述对象类型也应当处于智能机器人“能够理解”的范畴内。

则上述网络信息规划模块C22在输出所有可能的执行轨迹的同时，输出上述执行附属信息。上述选择模块C23可以依据执行附属信息，从所有可能的执行轨迹中选择其中一个并生成相应的执行指令。例如，当前的输入指令为“驾驶车辆”，而智能机器人所在的场地内包括多辆可被驾驶的车辆，此时输出的执行轨迹中应当包括各条能够从机器人当前所在位置到达各辆车辆的行进轨迹，以及相应的机器人各个关节的运动轨迹。此时若存在有执行附属信息指明需要驾驶的车辆的车辆类型或者是所在的大致位置，则可以根据这些执行附属信息在执行轨迹中进行一次筛选，以筛选出能够驾驶对应车辆类型或者能够到达对应的大致位置的执行轨迹，随后再根据最优选择的原则进行选择，最终得到一个最优的执行轨迹并输出。

本发明的较佳的实施例中，于预设的规划库中，每个执行轨迹中的每个执行动作分别通过至少一个可活动关节的运动实现；

每个执行轨迹分别通过按照预设顺序依次连续执行的多个执行动作来实现；

每个执行轨迹分别对应于至少一个预设顺序；

则当规划单元根据重新规划指令对计划指令重新进行规划时，规划单元通过变换预设顺序来重新匹配获得执行计划并输出。

或者

于预设的规划库中，每个执行轨迹中的每个执行动作分别通过至少一个可活动关节的运动实现；

每个执行轨迹分别通过按照预设顺序依次连续执行的多个执行动作中的至少一个来实现；

每个执行轨迹分别对应于至少一个预设顺序；

则当规划单元根据重新规划指令对计划指令重新进行规划时，规划单元通过变换预设顺序和/或变换参与执行轨迹的执行动作来重新匹配获得执行计划并输出。

具体地，本实施例中，每个执行轨迹具体包括多个不同的执行动作，执行动作之间具有预设的执行顺序。换言之，多个执行动作加上多个执行动作依次顺序执行的状态构成了一个执行计划。例如，机器人需要执行“开门”的执行计划，那么基本具有“行进到门所在的位置”、“伸出机械手臂并握住门把手”、“按压门把手”、“拉开门”、“用机械手臂挡住门”、“行进到门的另一边”、“缩回机械手以使门自然关闭”这些顺序执行的执行动作，而每个执行动作又具有多个依次顺序执行的执行子动作，以此类推，从而将整个执行轨迹划分为多个动作连贯连接的结果，从而能够实现对智能机器人单个关节的单个动作进行分别控制的目的。

本实施例中，一个执行轨迹中包括的执行动作可以集合形成一个动作集，一个执行计划中可以包括多个不同的动作集，每个动作集又关联于多个不同的执行顺序。则在重新规划的过程中，规划单元C2根据原先生成的执行轨迹，重新匹配计划指令以选择不同的动作集和/或不同的执行顺序，来形成新的执行计划。换言之，在重新规划的过程中，既可以选择与原先不同的执行动作，也可以选择与原先不同的执行顺序，又可以同时选择不同的执行动作和不同的执行顺序，只要能够形成的新的且能够匹配于计划指令的执行轨迹即可。

当然，由于执行计划中可能包括多条不同的执行轨迹，因此在重新进行规划时也可以直接选择新的执行轨迹并输出，例如选择次优一级的执行轨迹并输出。

综上所述，所谓的重新规划，指的就是规划出一条与原先的执行轨迹完全不同的新的执行轨迹，可以通过重新选择一条执行轨迹来实现，也可以通过增删执行动作或者调换执行动作之间的顺序来形成新的执行轨迹。

本发明的较佳的实施例中，每个执行动作分别包括用于指示可活动关节的运动方向的第一类子动作，以及用于指示可活动关节的运动参数的第二类子动作。具体地，上述第一类子动作可以通过使用者在示教或者训练的过程中通过方向盘或者类似的控制装置输入来实现，上述第二类子动作可以通过使用者在示教或者训练的过程中通过操作杆或者类似的控制装置输入来实现。

本发明的较佳的实施例中，如图4中所示，控制单元C4具体包括：

控制选择模块C41，用于根据执行计划，选中相关联的多个可活动关节；

轨迹生成模块C42，连接控制选择模块C41，用于根据执行计划，分别针对被选中的每个可活动关节处理得到相应的关节运动轨迹；

控制单元C4根据被选中的可活动关节以及每个可活动关节的关节运动轨迹，向控制系统下发控制指令。

则每个执行轨迹具有预定的多个执行动作，每个执行动作分别通过至少一个可活动关节的运动实现；

每个执行轨迹分别通过按照预设顺序依次连续执行的多个执行动作中的至少一个来实现；

轨迹生成模块C42中预设有对应于每个执行动作中的每个可活动关节的标准轨迹，轨迹生成模块根据执行计划对预设的标准轨迹进行匹配，并根据匹配结果生成关节运动轨迹。

具体地，在根据执行计划形成控制指令的具体过程包括：

首先根据执行计划中被选中的某个执行轨迹，选择该计划中包括的多个可活动关节。随后对被选中的可活动关节，依照执行计划来形成不同的关节运动轨迹，从而能够组合形成整个机械手臂/机械腿的整体动作。

最后根据被选中的可活动关节以及相应的关节运动轨迹形成相应的控制指令，不同的控制指令被对应的电机单元接收，以分别控制对应的可活动关节按照既定的关节运动轨迹活动，从而使得整个机器人本体按照执行计划运行。

本发明的较佳的实施例中，仍然如图1中所示，传感系统A3中还包括：

多个传感器单元A33(图1中仅示出一个)，每个传感器单元A33分别设置在对应的一个可活动关节上，并用于检测可活动关节的运动状态；

则控制单元C4还包括：

反应反馈模块C43，用于根据传感器单元A33反馈的可活动关节的运行状态持续判断机器人本体在执行计划的过程中是否存在错误，并输出相应的判断结果；

重新规划单元C5还连接控制单元C4，用于在判断结果表示机器人本体在执行计划的过程中存在错误时，向规划单元C2发送一重新规划指令，规划单元C2根据重新规划指令，对计划指令进行重新匹配以重新规划得到执行计划。

本申请技术方案中，上述仲裁单元C3只是在初始制定执行计划的时候与外在环境信息进行冲突仲裁判断，但是并没有在机器人执行计划的过程中进行实时监控，这个实时监控的任务需要上述反应反馈模块C43负责。具体地，在机器人开始执行的过程中，各个可活动关节的传感器单元A33(例如力反馈传感器、转矩传感器、速度传感器以及图像传感器等)不停回传该可活动关节的运行状态，反应反馈模块A43根据这些回传的关节运行状态判断可活动关节的运行状态是否存在错误，该判断可以是一种预估性的判断，即根据可活动关节当前时刻的运行状态预估该可活动关节下一时刻的运行状态，从而达到一种提前预警的效果。

本实施例中，所谓的“在执行执行计划的过程中存在错误”，可以包括在执行过程中可能发生的自碰撞以及和外在环境发生碰撞等情况。当发生此类情况时，反应反馈模块C43及时生成一个重新规划指令并送入规划单元C2，以提前指示规划单元C2重新进行规划，避免实际产生碰撞导致计划无法完成且导致机器人本体受损。该重新规划的过程与上文相同，在此不再赘述。

本发明的较佳的实施例中，仍然如图4中所示，控制单元C4还包括一监控模块C44，用于监控控制单元C4是否正常运行，并在控制单元无法正常运行时输出相应的报警信息。上述监控模块C44可以用看门狗模块(WatchDog)来实现，在此不再赘述。

本发明的较佳的实施例中，基于上文中所述的仲裁规划系统，现提供一种仲裁规划方法，其具体如图5中所示，包括：

步骤S1，仲裁规划系统接收指令下发装置发送的计划指令；

步骤S2，仲裁规划系统根据计划指令，于预设的规划库中匹配得到执行计划并输出；

步骤S3，仲裁规划系统接收传感器模组反馈的机器人本体当前所在的外在环境信息，并对外在环境信息和执行计划进行冲突仲裁：

若不冲突，则转向步骤S4；

若冲突，则转向步骤S5；

步骤S4，仲裁规划系统根据执行计划输出对应的控制指令并下发至控制系统中，以供控制系统对各个电机单元进行控制，随后返回步骤S1；

步骤S5，仲裁规划系统生成一重新规划指令，随后返回步骤S2，以对计划指令进行重新匹配，重新规划得到执行计划。

本发明的较佳的实施例中，如图6中所示，步骤S4具体包括：

步骤S41，仲裁规划系统根据执行计划选中相关联的多个可活动关节；

步骤S42，仲裁规划系统根据执行计划，分别针对被选中的每个可活动关节处理得到相应的关节运动轨迹；

步骤S43，仲裁规划系统根据被选中的可活动关节以及每个可活动关节的关节运动轨迹，向控制系统下发控制指令。

本发明的较佳的实施例中，传感系统中还设置有多个传感器单元，每个传感器单元分别设置在对应的一个可活动关节上，并用于检测可活动关节的运动状态；

则仲裁规划方法中还包括一反应反馈过程，具体如图7中所示，包括：

步骤A1，仲裁规划系统根据传感器单元反馈的可活动关节的运行状态持续判断机器人本体在执行计划的过程中是否存在错误：

若是，则转向步骤S5；

若否，则继续执行计划，并返回步骤A1。

以上所述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)

1.一种仲裁规划系统，应用于智能机器人；其特征在于，所述智能机器人具有一机器人本体以及与所述机器人本体连接的指令下发装置，用户通过所述指令下发装置向所述机器人本体发送计划指令，所述计划指令用于指示所述机器人本体执行一预定的执行计划；

所述机器人本体包括多个肢节刚体，以及多个连接相邻的所述肢节刚体的可活动关节，每个所述可活动关节分别连接一个电机单元，所述电机单元用于控制对应的所述可活动关节进行运动；

所述机器人本体中包括一控制系统，所述控制系统分别连接每个所述电机单元，所述控制系统用于对所述电机单元进行控制，从而控制所述可活动关节进行运动；

所述机器人本体中还包括一传感系统，所述传感系统中包括：

一传感器模组，所述传感器模组设置在所述机器人本体上，用于检测并更新所述机器人本体当前所在的外在环境信息。

所述仲裁规划系统设置于所述机器人本体内，并包括：

指令接收单元，用于接收所述指令下发装置发送的所述计划指令；

规划单元，连接所述指令接收单元，所述规划单元中包括预设的规划库，所述规划库中包括多个预定的所述执行计划，所述规划单元用于根据所述计划指令，于所述规划库中匹配得到所述执行计划并输出；

仲裁单元，分别连接所述规划单元和所述传感系统，所述仲裁单元对所述传感器模组实时反馈的所述外在环境信息以及所述规划单元输出的所述执行计划进行冲突仲裁，并输出相应的冲突仲裁结果；

控制单元，分别连接所述仲裁单元和所述控制系统，用于在所述冲突仲裁结果表示所述执行计划和当前的所述外在环境信息没有冲突时，根据所述执行计划输出对应的控制指令并下发至所述控制系统中，以供所述控制系统对各个所述电机单元进行控制；

重新规划单元，分别连接所述仲裁单元和所述规划单元，用于在所述冲突仲裁结果表示所述执行计划和当前的所述外在环境信息产生冲突时，向所述规划单元发送一重新规划指令，所述规划单元根据所述重新规划指令，对所述计划指令进行重新匹配以重新规划得到所述执行计划。

2.如权利要求1所述的仲裁规划系统，其特征在于，所述指令接收单元还直接连接所述控制单元；

所述指令接收单元中包括一强制指令接收模块，用于接收所述计划指令中的强制执行指令，所述强制指令中包含明确的所述执行计划；

所述强制指令接收模块接收到所述强制执行指令后，将所述强制执行指令直接发送至所述控制单元；

所述控制单元以最高优先级执行所述强制执行指令中所包含的所述执行计划。

3.如权利要求1所述的仲裁规划系统，其特征在于，还包括一指令生成单元，分别连接所述规划单元和所述传感系统，用于根据所述传感器模组实时反馈的所述外在环境信息生成一可由所述智能机器人自动执行的自动执行指令，以供所述规划单元匹配得到一对应于所述自动执行指令的所述执行计划；

所述规划单元中包括一冲突裁决模块，用于在对应于所述自动执行指令的所述执行计划和对应于所述计划指令的所述执行计划相冲突时，选择对应于所述计划指令的所述执行计划并输出至所述仲裁单元。

4.如权利要求1所述的仲裁规划系统，其特征在于，所述规划库中预先保存的每个所述执行计划分别对应于多个执行轨迹，每个所述执行轨迹对应于所述智能机器人的一系列连贯的执行动作；

则所述规划单元中包括：

网络信息规划模块，用于根据所述计划指令匹配得到对应的所述执行计划中的所有所述执行轨迹；

选择模块，连接所述网络信息规划模块，用于从所述网络信息规划模块输出的所有所述执行轨迹中选择其中一个包含在所述执行计划中并输出。

5.如权利要求4所述的仲裁规划系统，其特征在于，于预设的所述规划库中，每个所述执行轨迹中的每个所述执行动作分别通过至少一个所述可活动关节的运动实现；

每个所述执行轨迹分别通过按照预设顺序依次连续执行的多个所述执行动作来实现；

每个所述执行轨迹分别对应于至少一个所述预设顺序；

则当所述规划单元根据所述重新规划指令对所述计划指令重新进行规划时，所述规划单元通过变换所述预设顺序来重新匹配获得所述执行计划并输出。

6.如权利要求1所述的仲裁规划系统，其特征在于，于预设的所述规划库中，每个所述执行轨迹中的每个所述执行动作分别通过至少一个所述可活动关节的运动实现；

每个所述执行轨迹分别通过按照预设顺序依次连续执行的多个所述执行动作中的至少一个来实现；

每个所述执行轨迹分别对应于至少一个所述预设顺序；

则当所述规划单元根据所述重新规划指令对所述计划指令重新进行规划时，所述规划单元通过变换所述预设顺序和/或变换参与所述执行轨迹的所述执行动作来重新匹配获得所述执行计划并输出。

7.如权利要求1所述的仲裁规划系统，其特征在于，所述控制单元具体包括：

控制选择模块，用于根据所述执行计划，选中相关联的多个所述可活动关节；

轨迹生成模块，连接所述控制选择模块，用于根据所述执行计划，分别针对被选中的每个所述可活动关节处理得到相应的关节运动轨迹；

所述控制单元根据被选中的所述可活动关节以及每个所述可活动关节的所述关节运动轨迹，向所述控制系统下发所述控制指令。

8.如权利要求7所述的仲裁规划系统，其特征在于，每个所述执行计划具有预定的多个执行动作，每个所述执行动作分别通过至少一个所述可活动关节的运动实现；

每个所述执行计划分别通过按照预设顺序依次连续执行的多个所述执行动作中的至少一个来实现；

所述轨迹生成模块中预设有对应于每个所述执行动作中的每个所述可活动关节的标准轨迹，所述轨迹生成模块根据所述执行计划对预设的所述标准轨迹进行匹配，并根据所述匹配结果生成所述关节运动轨迹。

9.如权利要求1所述的仲裁规划系统，其特征在于，所述传感系统中还包括：

多个传感器单元，每个所述传感器单元分别设置在对应的一个所述可活动关节上，并用于检测所述可活动关节的运动状态；

所述控制单元还包括：

反应反馈模块，用于根据所述传感器单元反馈的所述可活动关节的所述运行状态持续判断所述机器人本体在执行所述执行计划的过程中是否存在错误，并输出相应的判断结果；

所述重新规划单元还连接所述控制单元，用于在所述判断结果表示所述机器人本体在执行所述执行计划的过程中存在错误时，向所述规划单元发送一重新规划指令，所述规划单元根据所述重新规划指令，对所述计划指令进行重新匹配以重新规划得到所述执行计划。

10.一种仲裁规划方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9中任意一项所述的仲裁规划系统，并包括：

步骤S1，所述仲裁规划系统接收所述指令下发装置发送的所述计划指令；

步骤S2，所述仲裁规划系统根据所述计划指令，于预设的所述规划库中匹配得到所述执行计划并输出；

步骤S3，所述仲裁规划系统接收所述传感器模组反馈的所述机器人本体当前所在的外在环境信息，并对所述外在环境信息和所述执行计划进行冲突仲裁：

若不冲突，则转向步骤S4；

若冲突，则转向步骤S5；

步骤S4，所述仲裁规划系统根据所述执行计划输出对应的控制指令并下发至所述控制系统中，以供所述控制系统对各个所述电机单元进行控制，随后返回所述步骤S1；

步骤S5，所述仲裁规划系统生成一重新规划指令，随后返回所述步骤S2，以对所述计划指令进行重新匹配，重新规划得到所述执行计划。

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