CN111531545A - 机器人的控制方法及控制系统、计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人的控制方法及控制系统、计算机存储介质。其中，该控制系统包括：位姿追踪器，获取目标对象操控姿态的空间位姿信息；计算机，与位姿追踪器通信连接，基于空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人；目标机器人，基于位姿控制指令，执行对应的目标操作。本发明解决了通过人工操作控制机器人，不仅实施环境限制性较大且无法实现远程控制的技术问题。

Description

机器人的控制方法及控制系统、计算机存储介质

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种机器人的控制方法及控制系统、计算机存储介质。

背景技术

相关技术中，随着信息网络化时代的到来，使得机器人成为研究热点，当前的工业机器人只能在稳定的环境下处理相对简单、独立且容易预先定义的任务，但是在一些动态化、非结构化环境中，处理对象是不确定和不可预测的，机器人在执行任务时很难达到预定效果。工业机器人按照预设设定的程序处理业务，这种工作方式无法脱离人的参与，往往需要人工现场通过示教器进行程序编辑和参数设定，无法实现远程控制，不仅需要大量的人工成本，而且在机器人控制上，实施环境限制性较大，且控制效率较低。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种机器人的控制方法及控制系统、计算机存储介质，以至少解决通过人工操作控制机器人，不仅实施环境限制性较大且无法实现远程控制的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种机器人的控制系统，包括：位姿追踪器，获取目标对象操控姿态的空间位姿信息；计算机，与所述位姿追踪器通信连接，基于所述空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人；所述目标机器人，基于所述位姿控制指令，执行对应的目标操作。

可选地，所述位姿追踪器包括：发射器，用于产生磁场，其中，所述磁场作用于目标对象所处区域；传感器，探测由所述发射器产生的磁场，测量得到目标对象移动时位置信息和方位信息；系统电子单元，基于所述位置信息和所述方位信息，计算目标对象所处位置的位置坐标和方位参数，得到计算结果，其中，所述计算结果用于追踪目标对象操作姿态的空间位姿信息。

可选地，所述系统电子单元将所述计算结果传输至上位机。

可选地，所述计算机包括：通信模块，与所述目标机器人的控制器进行数据通信。

可选地，所述控制系统还包括：控制柜，通过动力重载连接器和码盘重载连接器与所述目标机器人直线连接。

可选地，所述位姿控制指令中至少携带有：机器人机械手末端的工具中心点的位置控制参数与姿态参数。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种机器人的控制方法，包括：获取目标对象操控姿态的空间位姿信息；基于所述空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人；基于所述位姿控制指令，执行对应的目标操作。

可选地，在获取目标对象操控姿态的空间位姿信息之前，所述控制方法还包括：配置所述目标机器人的动态链接文件，其中，所述动态链接文件至少包括：通讯地址和端口号；基于所述通讯地址和所述端口号，与所述目标机器人实现数据通讯。

可选地，基于所述空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人包括：基于所述空间位姿信息，解析所述目标对象的操作姿态指示的三维坐标和方向信息；基于所述三维坐标和所述方向信息，确定对所述目标机器人末端进行控制的位姿控制指令；将所述位姿控制指令发送至所述目标机器人。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机存储介质所在设备执行上述任意一项所述的机器人的控制方法。

本发明实施例中，在对进行机器人进行随动控制时，通过位姿追踪器，获取目标对象操控姿态的空间位姿信息，通过计算机基于空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人，控制目标机器人，基于位姿控制指令，执行对应的目标操作。在该实施例中，可以使得机器人基于目标对象的远程操控姿态，捕捉空间位姿信息，通过空间位姿信息，实现随动控制，扩展了机器人的实施环境，保证机器人的受控过程更加平稳，从而解决通过人工操作控制机器人，不仅实施环境限制性较大且无法实现远程控制的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的机器人的控制系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的机器人离线编程的开发方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的机器人的控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明下述实施例可以应用于各种机器人中，机器人的种类包括但不限于：工业机器人、教育机器人，实现对机器人的远程随动控制，使得机器人的控制能够平稳。同时，实现了机器人离线编程控制，使机器人在非结构化的环境中也可以正常工作。

本发明实施例中的机器人可以包括：四轴机器人或六轴机器人，以六轴机器人为主。下面结合各个实施例来说明本发明。

实施例一

图1是根据本发明实施例的一种可选的机器人的控制系统的示意图，如图1所示，该控制系统包括：

位姿追踪器11，获取目标对象操控姿态的空间位姿信息；

计算机13，与位姿追踪器通信连接，基于空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人；

目标机器人15，基于位姿控制指令，执行对应的目标操作。

上述机器人的控制系统，可以通过位姿追踪器11，获取目标对象操控姿态的空间位姿信息，通过计算机13基于空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人，控制目标机器人15，基于位姿控制指令，执行对应的目标操作。在该实施例中，可以使得机器人基于目标对象的远程操控姿态，捕捉空间位姿信息，通过空间位姿信息，实现随动控制，扩展了机器人的实施环境，保证机器人的受控过程更加平稳，从而解决通过人工操作控制机器人，不仅实施环境限制性较大且无法实现远程控制的技术问题。

目标对象可以为用户或者其它可动作物体，利用运动追踪传感元件(位姿追踪器11)的动态位姿信息对机器人末端位姿进行实时控制，首先获取目标对象操作姿态(例如，人体手势)的空间位姿信息，然后经计算机信息处理，发送到机器人控制器进行实时响应。

空间位姿信息包括：三维空间坐标(包括XYZ坐标，以机器人的底盘中心为坐标原点构建的空间坐标系)和姿态方向。空间位姿信息指示的姿态可以为人体手势姿态、人体手臂姿态、人体头部姿态。

可选的，位姿追踪器包括：发射器，用于产生磁场，其中，磁场作用于目标对象所处区域；传感器，探测由发射器产生的磁场，测量得到目标对象移动时位置信息和方位信息；系统电子单元，基于位置信息和方位信息，计算目标对象所处位置的位置坐标和方位参数，得到计算结果，其中，计算结果用于追踪目标对象操作姿态的空间位姿信息。

位姿追踪器可以理解为运动追踪传感元件/运动跟踪器，先追踪目标对象的位置、方位，然后根据计算结果，追踪目标对象的动态位姿信息，进而控制机器人随动操作。

在本发明实施例中，位姿追踪器可以选用PATRIOT系列，可以对位置和方位实时测量和记录，并对数据进行不断更新。位姿追踪器中的发射器产生磁场，传感器探测由发生器产生的磁场，在传感器移动/目标对象有操作指令的时候，它的位置和方位被精确的测量，系统电子单元计算位置和方向，得到计算结果。

可选的，系统电子单元将计算结果传输至上位机。系统电子单元可以通过RS-232和上位机进行通讯，以将计算结果发送至上位机。

在本发明实施例中，计算机包括：通信模块，与目标机器人的控制器进行数据通信。

计算机还可以包括信号转换模块，该信号转换模块的类型为RIO-LAN，通过RIO-LAN信号转换模块将空间位姿信息对应的数字信号转换为机器人能够解释的模拟信号，并与机器人控制器进行数据通信。

在本发明实施例中，控制系统还包括：控制柜，通过动力重载连接器和码盘重载连接器与目标机器人直线连接。

可选的，位姿控制指令中至少携带有：机器人机械手末端的工具中心点的位置控制参数与姿态参数。

作为本发明可选的实施例，机器人的控制系统内运行机器人离线编程(可在Visual Studio环境下开发)，摆脱示教器束缚，通过计算机上位机程序与机器人控制器进行实时信息交互。在启用上位机的控制程序前，开启离线编程功能、进行远程IO配置和主作业的新建，并将上位机的网关设置为与控制柜在同一网段下，便可实现离线控制功能。实现机器人末端工具中心点TCP点的轨迹控制可利用单点直线型运动控制函数Movl_P2P_RPY实现，采用坐标体系RPY形式，网络连接ID，返回值说明：若成功，返回“0”，否则返回错误码。

图2是根据本发明实施例的一种可选的机器人离线编程的开发方法的流程图，如图2所示，开发方法包括：

步骤S201，新建离线编程环境。该离线编程环境包括但不限于：Visual Studio环境。

步骤S202，配置机器人动态链接库文件、头文件和授权文件；

步骤S203，配置计算机与机器人处于同一网段下，通过UDP协议连接，实现计算机与机器人通讯；

步骤S204，调用API接口函数，接收目标对象的空间位姿信息，并控制机器人基于空间位姿信息实现随动控制。

本发明实施例涉及开发方法，将位姿追踪器采集到的目标对象操控位姿与机器人离线控制程序进行高度融合。首先，在程序界面需输入与机器人一致的IP地址和端口号，点击连接IP控制指令建立计算机与机器人端的UDP连接，如果状态栏返回“连接成功”，则表明计算机和机器人可以进行正常的数据通信。然后，启动位姿追踪器实时获取到基于人体手势控制的动态位置与姿态信息，并进行周期性提取发送至工业机器人的运动控制函数，这样便可运用人体手势实现对工业机器人末端TCP点的位置与姿态控制。

实施例二

根据本发明实施例，提供了一种机器人的控制方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图3是根据本发明实施例的一种可选的机器人的控制方法的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤S302，获取目标对象操控姿态的空间位姿信息；

步骤S304，基于空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人；

步骤S306，基于位姿控制指令，执行对应的目标操作。

通过上述步骤，可以在控制机器人时，先获取目标对象操控姿态的空间位姿信息，然后基于空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人，基于位姿控制指令，执行对应的目标操作。在该实施例中，可以使得机器人基于目标对象的远程操控姿态，捕捉空间位姿信息，通过空间位姿信息，实现随动控制，扩展了机器人的实施环境，保证机器人的受控过程更加平稳，从而解决通过人工操作控制机器人，不仅实施环境限制性较大且无法实现远程控制的技术问题。

可选的，在获取目标对象操控姿态的空间位姿信息之前，控制方法还包括：配置目标机器人的动态链接文件，其中，动态链接文件至少包括：通讯地址和端口号；基于通讯地址和端口号，与目标机器人实现数据通讯。

通过输入通讯地址(如IP地址)和端口号，然后利用UDP等协议实现机器人与计算机的通讯连接。在建立计算机与机器人的连接关系后，通过位姿追踪器/运动不足传感器获取目标对象的操作姿态的空间姿态信息，将空间姿态信息发送至上位机中，上位机打开串口，发送报文开始指令，并接收空间姿态信息对应的数据流，根据串口协议解析该数据流，得到操作资料指示的三维坐标和方向信息，然后上位机将解析得到的三维坐标和方向信息发送至计算机。计算机通过周期性提取三维坐标和方向信息，确定对机器人的控制参数，并将控制参数发送至机器人的控制器。

另一种可选的，基于空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人包括：基于空间位姿信息，解析目标对象的操作姿态指示的三维坐标和方向信息；基于三维坐标和方向信息，确定对目标机器人末端进行控制的位姿控制指令；将位姿控制指令发送至目标机器人。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机存储介质所在设备执行上述任意一项的机器人的控制方法。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：获取目标对象操控姿态的空间位姿信息；基于空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人；基于位姿控制指令，执行对应的目标操作。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，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单元中，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单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元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，本发明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全部或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(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人的控制系统，其特征在于，包括：

位姿追踪器，获取目标对象操控姿态的空间位姿信息；

计算机，与所述位姿追踪器通信连接，基于所述空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人；

所述目标机器人，基于所述位姿控制指令，执行对应的目标操作。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述位姿追踪器包括：

发射器，用于产生磁场，其中，所述磁场作用于目标对象所处区域；

传感器，探测由所述发射器产生的磁场，测量得到目标对象移动时位置信息和方位信息；

系统电子单元，基于所述位置信息和所述方位信息，计算目标对象所处位置的位置坐标和方位参数，得到计算结果，其中，所述计算结果用于追踪目标对象操作姿态的空间位姿信息。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述系统电子单元将所述计算结果传输至上位机。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述计算机包括：

通信模块，与所述目标机器人的控制器进行数据通信。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

控制柜，通过动力重载连接器和码盘重载连接器与所述目标机器人直线连接。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述位姿控制指令中至少携带有：机器人机械手末端的工具中心点的位置控制参数与姿态参数。

7.一种机器人的控制方法，其特征在于，包括：

获取目标对象操控姿态的空间位姿信息；

基于所述空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人；

基于所述位姿控制指令，执行对应的目标操作。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在获取目标对象操控姿态的空间位姿信息之前，所述控制方法还包括：

配置所述目标机器人的动态链接文件，其中，所述动态链接文件至少包括：通讯地址和端口号；

基于所述通讯地址和所述端口号，与所述目标机器人实现数据通讯。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，基于所述空间位姿信息，发出位姿控制指令至目标机器人包括：

基于所述空间位姿信息，解析所述目标对象的操作姿态指示的三维坐标和方向信息；

基于所述三维坐标和所述方向信息，确定对所述目标机器人末端进行控制的位姿控制指令；

将所述位姿控制指令发送至所述目标机器人。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机存储介质所在设备执行权利要求7至9中任意一项所述的机器人的控制方法。

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