CN111496793A - 一种基于5g技术及力控制的机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于5G技术及力控制的机器人，设计远程操控机器人技术领域，包括机器人本体，机器人本体上设有5G通讯模块，其特征在于，还设有控制模块、采集模块和人机交互界面，控制模块、采集模块、人机交互界面分别与5G通讯模块通讯连接；采集模块用于采集的机器人环境交互状态信息后将机器人环境交互状态信息传输至5G通讯模块；控制模块用于接收控制信号后力控制机器人执行与控制信号适配动作；人机交互界面用于实时呈现机器人的状态信息，以及接收输入指令后传输给控制模块。本发明技术方案能实现低延迟的实时信息传递，实现高精度的力控制机器人本体。
Description
技术领域
本发明涉及远程操控机器人技术领域，具体而言，涉及一种基于5G技术及力控制的机器人。
背景技术
5G技术，为现有成熟技术，既第五代移动通信技术(5th generation mobilenetworks或5th generation wireless systems、5th-Generation，简称5G或5G技术)是最新一代蜂窝移动通信技术，也是即4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统之后的延伸。5G技术的优点有：高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。
力控制，为现有成熟技术，也称力控制技术，一般泛指机器人应用领域中，利用力传感器作为反馈装置，将力反馈信号与位置控制(或速度控制)输入信号相结合，通过相关的力/位混合算法，实现的力/位混合控制技术。
现有技术中，操控机器人过程中只能近距离操控，操控距离过远则会产生延迟，进一步导致精度降低，且可能有相位延迟，如果达180度以上则不稳定。
发明内容
为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种基于5G技术及力控制的机器人，结合5G技术及力控制，以降低远距离操控机器人延迟。
本发明的实施例是这样实现的：
一种基于5G技术及力控制的机器人，包括机器人本体，机器人本体上设有5G通讯模块，其特征在于，还设有控制模块、采集模块和人机交互界面，控制模块、采集模块、人机交互界面分别与5G通讯模块通讯连接；
采集模块用于采集的机器人环境交互状态信息后将机器人环境交互状态信息传输至5G通讯模块；
控制模块用于接收控制信号后力控制机器人执行与控制信号适配动作；
人机交互界面用于实时呈现机器人的状态信息，以及接收输入指令后传输给控制模块。
设计原理：经过长期的研究和实践，发明人发现，现有技术中部分具备力控制技术领域功能的机器人目前的硬件通讯方式采用有线通讯方式或仅能进行短距离的无线操控，已生产机器人的信息传递方式绝大部分通过EtherCAT等有线连接，操控范围小，无法实现异地操控甚至云操控，更无法实现远距离的无线力控制，同时也需要技术人员到达现场。鉴于此，本申请提供一种基于5G技术及力控制的机器人，5G通讯技术能够将遥传输延迟降低至1ms以下，这个技术指标是做精准力控制的延迟需求，如果延迟更大则会导致力控精度降低，且可能有相位延迟，如果达180度以上则不稳定，而如果延迟更小，对系统改善并不明显，故1ms的限制值是完成云端机器人力控制的关键阈值，本申请技术方案在机器人硬件与控制器之间的信息传递上得到应用。
在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，5G通讯模块还与5G云服务器通讯连接，以存储数据。
在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，还包括智能网关，控制模块通过智能网关与5G通讯模块连接，控制模块与5G云服务器连接；5G云服务器存储机器人环境交互状态信息，并与人机交互界面和控制模块进行数据交换。
在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，采集模块为分簇结构的无线传感器网络，包括用于采集机器人环境交互状态环境监测节点、用于收集簇内机器人环境监测节点发送的机器人环境监测信息的簇头节点，还包括基站，该簇头节点将自身采集的机器人环境监测信息和收集的机器人环境监测信息融合后传递至基站，进而通过基站将收集的机器人环境监测信息发送至5G云服务器；在簇形成时，机器人环境监测节点在0到1之间随机选择一个数，如果随机选择的数小于对应的阈值，则该机器人环境监测节点当选为临时簇头节点。
在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，机器人的状态包括机器人的静态信息和机器人的动态信息。
在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，人机交互界面还实时呈现5G通讯模块的信号状态信息。
在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，控制模块、采集模块、人机交互界面分别与5G通讯模块无线连接。
在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，控制模块通过与人机交互界面以及云服务器相连，接收人机交互界面以及云服务器的控制信号，并根据控制信号发送控制指令对机器人本体进行控制。
在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，本地工程师可通过人机交互界面输入控制信号，人机交互界面将接收的控制信号传输给控制模块。
在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，机器人本体与5G云服务器通过HTTP协议在5G云服务器上面搭建所需的后端接口，进行数据交换。
本发明实施例至少具有如下优点或有益效果：
一种基于5G技术及力控制的机器人，5G通讯技术能够将遥传输延迟降低至1ms以下，这个技术指标是做精准力控制的延迟需求，如果延迟更大则会导致力控精度降低，且可能有相位延迟，如果达180度以上则不稳定，而如果延迟更小，对系统改善并不明显，故1ms的限制值是完成云端机器人力控制的关键阈值，本申请技术方案在机器人硬件与控制器之间的信息传递上得到应用。本申请技术方案颠覆了传统的机器人通讯与操控方式，解决了工程师依赖程度，实现一人多机的快速对接，同时通过5G通讯系统，在具备降低信息传递延迟和提高系统的响应速度、精度的前提之下，实现了从云端控制机器人系统的模式，引出了云机器人的概念；首创机器人云力控制概念：传统机器人系统由于力控制对延迟要求无法实现，不能进行精准的遥操作，本发明首先提出“利用5G通讯时延低于1ms，可以实现高精度的云端机器人力控制”的方式；应用场景多样化：实现机器人与工程师远距离配合，可以通过合理的系统配备，完成传统短距离操控机器人所无法实现的功能，实现在某些不适合人类生存的环境下控制机器人完成任务等；研发成本经济化：极大的降低了机器人系统的调试、运输和维护成本；机器人控制技术全球化：通过无障碍远程控制验证，加速机器人控制算法与各类人工智能算法的云验证和云共享，推动世界科技技术的快速迭代和发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明一种基于5G技术及力控制的机器人一实施例的系统框图；
图2为本发明一种基于5G技术及力控制的机器人另一实施例的系统框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，框图显示了根据本申请的多个实施例的方法，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，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方式中，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，两个连续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，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动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。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
功能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，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
实施例
请参照图1，本实施例提供一种基于5G技术及力控制的机器人，包括机器人本体，机器人本体上设有5G通讯模块，其特征在于，还设有控制模块、采集模块和人机交互界面，控制模块、采集模块、人机交互界面分别与5G通讯模块通讯连接；
采集模块用于采集的机器人环境交互状态信息后将机器人环境交互状态信息传输至5G通讯模块；采集模块包括多个传感器，例如视觉传感器、力觉传感器等；
控制模块用于接收控制信号后力控制机器人执行与控制信号适配动作；
人机交互界面用于实时呈现机器人的状态信息，以及接收输入指令后传输给控制模块。
设计原理：经过长期的研究和实践，发明人发现，现有技术中部分具备力控制技术领域功能的机器人目前的硬件通讯方式采用有线通讯方式或仅能进行短距离的无线操控，已生产机器人的信息传递方式绝大部分通过EtherCAT等有线连接，操控范围小，无法实现异地操控甚至云操控，更无法实现远距离的无线力控制，同时也需要技术人员到达现场。鉴于此，本申请提供一种基于5G技术及力控制的机器人，5G通讯技术能够将遥传输延迟降低至1ms以下，这个技术指标是做精准力控制的延迟需求，如果延迟更大则会导致力控精度降低，且可能有相位延迟，如果达180度以上则不稳定，而如果延迟更小，对系统改善并不明显，故1ms的限制值是完成云端机器人力控制的关键阈值，本申请技术方案在机器人硬件与控制器之间的信息传递上得到应用。用户先搭建可靠稳定的5G通讯网络，将机器人本体接入5G网络，然后通过密码认证，借助5G通讯，实现低延迟的实时信息传递。人机交互界面对远端机器人硬件实施操控，使之具有能胜任在无人区工作、远程修复调试等多种类似的崭新功能，实现5G云操控机器人本体。
请参考图2，进一步的，5G通讯模块还与5G云服务器通讯连接，用于存储数据。这样设置的目的在于，云服务器(Elastic Compute Service,ECS)是一种简单高效、安全可靠、处理能力可弹性伸缩的计算服务。其管理方式比物理服务器更简单高效。用户无需提前购买硬件，即可迅速创建或释放任意多台云服务器。用户可以方便的进行远程维护，免费重装系统硬件级别上实现云主机之间的完全隔离；内置冗余的共享存储和智能备份，物理服务器失败可在几分钟内自动恢复；服务环境采用高端服务器进行部署，同时采用集中的管理与监控，确保业务稳定可靠。云服务器帮助您快速构建更稳定、安全的应用，降低开发运维的难度和整体IT成本，使您能够更专注于核心业务的创新。
请参考图2，在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，还包括智能网关，控制模块通过智能网关与5G通讯模块连接，控制模块与5G云服务器连接；5G云服务器存储机器人环境交互状态信息，并与人机交互界面和控制模块进行数据交换。这样设置的目的在于，智能网关通过无线方式与机器人本体进行数据交互，同时，智能网关还具备有无线路由功能、优良的无线性能、网络安全和覆盖面积大等优点。
在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，采集模块为分簇结构的无线传感器网络，包括用于采集机器人环境交互状态环境监测节点、用于收集簇内机器人环境监测节点发送的机器人环境监测信息的簇头节点，还包括基站，该簇头节点将自身采集的机器人环境监测信息和收集的机器人环境监测信息融合后传递至基站，进而通过基站将收集的机器人环境监测信息发送至5G云服务器；在簇形成时，机器人环境监测节点在0到1之间随机选择一个数，如果随机选择的数小于对应的阈值，则该机器人环境监测节点当选为临时簇头节点。这样设置的目的在于，可更好地均衡机器人本体环境监测节点间的能耗，延长采集模块的生命周期。
进一步的，机器人的状态包括机器人的静态信息和机器人的动态信息。这样设置的目的在于，便于本体工程师实时掌握机器人本体的状态。
在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，人机交互界面还实时呈现5G通讯模块的信号状态信息。这样设置的目的在于，便于本体工程师实时掌握5G通讯模块的信号状态。
优选的，控制模块、采集模块、人机交互界面分别与5G通讯模块无线连接。
在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，控制模块通过与人机交互界面以及云服务器相连，接收人机交互界面以及云服务器的控制信号，并根据控制信号发送控制指令对机器人本体进行控制。
在本发明的一些实施例中，一种基于5G技术及力控制的机器人，本地工程师可通过人机交互界面输入控制信号，人机交互界面将接收的控制信号传输给控制模块。
优选的，机器人本体与5G云服务器通过HTTP协议在5G云服务器上面搭建所需的后端接口，进行数据交换。
综上，本发明的实施例提供一种基于5G技术及力控制的机器人，5G通讯技术能够将遥传输延迟降低至1ms以下，这个技术指标是做精准力控制的延迟需求，如果延迟更大则会导致力控精度降低，且可能有相位延迟，如果达180度以上则不稳定，而如果延迟更小，对系统改善并不明显，故1ms的限制值是完成云端机器人力控制的关键阈值，本申请技术方案在机器人硬件与控制器之间的信息传递上得到应用。本申请技术方案颠覆了传统的机器人通讯与操控方式，解决了工程师依赖程度，实现一人多机的快速对接，同时通过5G通讯系统，在具备降低信息传递延迟和提高系统的响应速度、精度的前提之下，实现了从云端控制机器人系统的模式，引出了云机器人的概念；首创机器人云力控制概念：传统机器人系统由于力控制对延迟要求无法实现，不能进行精准的遥操作，本发明首先提出“利用5G通讯时延低于1ms，可以实现高精度的云端机器人力控制”的方式；应用场景多样化：实现机器人与工程师远距离配合，可以通过合理的系统配备，完成传统短距离操控机器人所无法实现的功能，实现在某些不适合人类生存的环境下控制机器人完成任务等；研发成本经济化：极大的降低了机器人系统的调试、运输和维护成本；机器人控制技术全球化：通过无障碍远程控制验证，加速机器人控制算法与各类人工智能算法的云验证和云共享，推动世界科技技术的快速迭代和发展。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种基于5G技术及力控制的机器人，包括机器人本体，所述机器人本体上设有5G通讯模块，其特征在于，还设有控制模块、采集模块和人机交互界面，所述控制模块、采集模块、人机交互界面分别与5G通讯模块通讯连接；
所述采集模块用于采集的机器人环境交互状态信息后将机器人环境交互状态信息传输至所述5G通讯模块；
所述控制模块用于接收控制信号后力控制机器人执行与控制信号适配动作；
所述人机交互界面用于实时呈现机器人的状态信息，以及接收输入指令后传输给控制模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G技术及力控制的机器人，其特征在于，所述5G通讯模块还与5G云服务器通讯连接，以存储数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于5G技术及力控制的机器人，其特征在于，还包括智能网关，所述控制模块通过智能网关与5G通讯模块连接，控制模块与5G云服务器连接；所述5G云服务器存储机器人环境交互状态信息，并与人机交互界面和控制模块进行数据交换。
4.根据权利要求3所述的一种基于5G技术及力控制的机器人，其特征在于，所述采集模块为分簇结构的无线传感器网络，包括用于采集机器人环境交互状态环境监测节点、用于收集簇内机器人环境监测节点发送的机器人环境监测信息的簇头节点，还包括基站，该簇头节点将自身采集的机器人环境监测信息和收集的机器人环境监测信息融合后传递至基站，进而通过基站将收集的机器人环境监测信息发送至5G云服务器；在簇形成时，机器人环境监测节点在0到1之间随机选择一个数，如果随机选择的数小于对应的阈值，则该机器人环境监测节点当选为临时簇头节点。
5.根据权利要求1所述的一种基于5G技术及力控制的机器人，其特征在于，所述机器人的状态包括机器人的静态信息和机器人的动态信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于5G技术及力控制的机器人，其特征在于，所述人机交互界面还实时呈现5G通讯模块的信号状态信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于5G技术及力控制的机器人，其特征在于，所述控制模块、采集模块、人机交互界面分别与5G通讯模块无线连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于5G技术及力控制的机器人，其特征在于，所述控制模块通过与人机交互界面以及云服务器相连，接收人机交互界面以及云服务器的控制信号，并根据控制信号发送控制指令对所述机器人本体进行控制。
9.根据权利要求1所述的一种基于5G技术及力控制的机器人，其特征在于，本地工程师可通过所述人机交互界面输入控制信号，所述人机交互界面将接收的控制信号传输给控制模块。
10.根据权利要求1所述的一种基于5G技术及力控制的机器人，其特征在于，所述机器人本体与所述5G云服务器通过HTTP协议在所述5G云服务器上面搭建所需的后端接口，进行数据交换。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200807 |