CN112809676A - 关节执行器及其控制方法、机器人、存储介质及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及机器人技术领域，特别涉及一种关节执行器及其控制方法、机器人、存储介质及电子设备。该关节执行器包括控制器、传感器、电机驱动器、伺服电机和减速器，该伺服电机采用非晶材料，该控制器通过获取传感器检测到的传感器数据，并将该传感器数据通过高速稳定的PON‑CAN总线上传至服务器，以便服务器根据该传感器数据向机器人的中央处理器下发决策指令，以使该中央处理器根据该决策指令生成第一控制信息，该第一控制信息用于控制该关节执行器执行目标动作；该控制器还可以通过PON‑CAN总线获取该第一控制信息，并根据该第一控制信息控制进行CPU计算过程或GPU并行计算，输出第二控制信息给电机驱动器，通过电机驱动器驱动伺服电机运行，以执行目标动作。

Description

关节执行器及其控制方法、机器人、存储介质及电子设备

技术领域

本公开涉及机器人技术领域，具体地，涉及一种关节执行器及其控制方法、机器人、存储介质及电子设备。

背景技术

随着机器人技术的不断发展与进步，人们对机器人的需求也越来越多，需要机器人完成更多精密复杂的目标任务。而关节执行器是机器人的重要组成部分之一，可以用于接收目标任务对应的控制信息，并根据该控制信息执行目标动作，以完成该目标任务。但相关技术，关节执行器在执行目标动作时会受到外部环境的影响，在复杂多变的外部环境下会出现目标动作执行失败或目标动作执行后无法达成目标任务的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提供一种关节执行器及其控制方法、机器人、存储介质及电子设备。

第一方面，本公开提供了一种关节执行器，所述关节执行器包括控制器、传感器和动力组件，所述控制器与所述传感器和所述动力组件连接，其中：

所述控制器，用于获取所述传感器检测得到的传感器数据，并将所述传感器数据上传至服务器，以便所述服务器根据所述传感器数据向机器人的中央处理器下发决策指令，以使所述中央处理器根据所述决策指令生成第一控制信息，所述第一控制信息用于控制所述关节执行器执行目标动作；

所述控制器，还用于获取所述中央处理器生成的所述第一控制信息，并根据所述第一控制信息控制所述动力组件运行，以执行所述目标动作。

可选地，所述关节执行器还包括电机驱动器，所述动力组件包括伺服电机，所述电机驱动器与所述伺服电机和所述控制器相连接，其中：

所述控制器，用于根据所述第一控制信息生成电机控制参数，向所述电机驱动器输出包含所述电机控制参数的第二控制信息；

所述电机驱动器，用于在获取到所述第二控制信息的情况下，根据所述电机控制参数驱动所述伺服电机运行，以执行所述目标动作。

可选地，所述伺服电机采用非晶材料。

可选地，所述动力组件还包括减速器，所述减速器和所述伺服电机相连接，其中：所述减速器，用于降低所述伺服电机的电机转速，以增加转矩。

可选地，所述关节执行器还包括PON-CAN总线接口，所述控制器还包括网络处理器NPU，其中：所述NPU，用于通过所述PON-CAN总线接口将所述传感器数据上传至所述服务器。

可选地，所述关节执行器还包括控制主板，其中：所述控制器、所述PON-CAN总线接口和所述电机驱动器均集成在所述控制主板上。

可选地，所述传感器数据包括：环境数据、位置数据和执行器动力数据中的一种或多种。

可选地，

在所述传感器数据包括所述环境数据的情况下，所述传感器包括环境传感器；或者，

在所述传感器数据包括所述位置数据的情况下，所述传感器包括空间位置传感器和/或高精度位置传感器；或者，

在所述传感器数据包括所述执行器动力数据的情况下，所述传感器包括力反馈传感器和/或高精度扭矩传感器。

第二方面，本公开提供了一种机器人，所述机器人包括中央处理器，交换和路由组件，以及一个或多个关节执行器，所述中央处理器通过所述交换和路由组件与所述一个或多个关节执行器相连接；其中：

所述中央处理器，用于根据接收到的决策指令生成第一控制信息；其中，所述第一控制信息用于控制所述关节执行器执行目标动作，所述决策指令是服务器根据传感器数据向机器人的中央处理器下发的指令，所述传感器数据是所述关节执行器通过传感器获取的传感器数据；

所述交换和路由组件，用于将所述中央处理器生成的所述第一控制信息传输至所述关节执行器；

所述关节执行器为本公开上述第一方面所述的关节执行器。

可选地，所述交换和路由组件包括PON-CAN总线。

第三方面，本公开提供了一种关节执行器控制方法，应用于关节执行器的控制器，所述关节执行器包括控制器、传感器和动力组件，所述控制器与所述传感器和所述动力组件相连接；所述方法包括：

获取所述传感器检测到的传感器数据；

将所述传感器数据上传至服务器，以便所述服务器根据所述传感器数据向机器人的中央处理器下发决策指令，以使所述中央处理器根据所述决策指令生成第一控制信息，所述第一控制信息用于控制所述关节执行器执行目标动作；

获取所述中央处理器生成的所述第一控制信息；

根据所述第一控制信息控制所述动力组件运行，以执行所述目标动作。

可选地，所述关节执行器还包括电机驱动器，所述动力组件包括伺服电机，所述电机驱动器与所述伺服电机和所述控制器相连接，所述根据所述第一控制信息控制所述动力组件运行，以执行所述目标动作包括：

根据所述第一控制信息生成电机控制参数；

向所述电机驱动器输出包含所述电机控制参数的第二控制信息，以便所述电机驱动器根据所述电机控制参数驱动所述伺服电机运行，以执行所述目标动作。

可选地，所述关节执行器还包括PON-CAN总线接口，所述将所述传感器数据上传至服务器包括：通过所述PON-CAN总线接口将所述传感器数据上传至所述服务器。

第四方面，本公开提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开第三方面所述方法的步骤。

第五方面，本公开提供一种电子设备，包括：存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现本公开第三方面所述方法的步骤。

采用上述技术方案，关节执行器包括控制器、传感器和动力组件，该控制器通过获取传感器检测到的传感器数据，并将该传感器数据上传至服务器，以便服务器根据该传感器数据向机器人的中央处理器下发决策指令，以使该中央处理器根据该决策指令生成第一控制信息，该第一控制信息用于控制该关节执行器执行目标动作；进一步地，该控制器还可以获取上述中央处理器生成的第一控制信息，并根据该第一控制信息控制该动力组件运行，以执行该目标动作。这样，可以通过关节执行器中的传感器获取准确的传感器数据，并根据该传感器数据精确控制关节执行器执行的目标动作，从而提高了机器人执行任务的准确度，并能够在复杂多变的环境中提高任务执行的成功率。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开实施例提供的一种关节执行器的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的第二种关节执行器的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的第三种关节执行器的结构示意图；

图4是本公开实施例提供的第四种关节执行器的结构示意图；

图5是本公开实施例提供的一种机器人的结构示意图；

图6是本公开实施例提供的一种关节执行器控制方法的流程图；

图7是本公开实施例提供的一种电子设备的框图；

图8是本公开实施例提供的另一种电子设备的框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在下文中的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。

首先，对本公开的应用场景进行说明。本公开可以应用于机器人技术领域，特别是机器人的关节执行器领域。关节执行器一般通过接收目标任务对应的控制信息，并根据该控制信息执行目标动作，以完成目标任务。在相关技术中，关节执行器无法获取传感器数据，该传感器数据可以用于表征该关节执行器自身以及所处外部环境的信息；若在执行目标动作的过程中，若外部环境发生了较大的变化，关节执行器继续执行该目标动作，可能导致该目标动作执行失败或无法完成目标任务。示例地，关节执行器根据接收到的控制信息执行抓取位于A位置的目标物体的目标动作，而在抓取过程中，目标物体由于收到外力作用而移动到了B位置，此时继续按照原有的控制信息执行抓取动作则会抓取失败，需要根据目标物体移动后的B位置调整目标动作。

为了解决上述问题，本公开提供了一种关节执行器及其控制方法、机器人、存储介质及电子设备。该关节执行器包括控制器、传感器和动力组件，该控制器通过获取传感器检测到的传感器数据，并将该传感器数据上传至服务器，以便服务器根据该传感器数据向机器人的中央处理器下发决策指令，以使该中央处理器根据该决策指令生成第一控制信息，该第一控制信息用于控制该关节执行器执行目标动作；进一步地，该控制器还可以获取上述中央处理器生成的第一控制信息，并根据该第一控制信息控制该动力组件运行，以执行该目标动作。这样，可以通过关节执行器中的传感器获取准确的传感器数据，并根据该传感器数据精确控制关节执行器执行的目标动作，从而提高了机器人执行任务的准确度，并能够在复杂多变的环境中提高任务执行的成功率。

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。

图1是本公开实施例提供的一种关节执行器的结构示意图，如图1所示，该关节执行器可以包括控制器101、传感器102和动力组件103，控制器101与传感器102和动力组件103连接，其中：

该传感器102，用于获取该关节执行器的传感器数据。

该控制器101，用于获取该传感器102检测得到的传感器数据，并将该传感器数据上传至服务器，以便服务器根据该传感器数据向机器人的中央处理器下发决策指令，以使该中央处理器根据该决策指令生成第一控制信息，该第一控制信息用于控制该关节执行器执行目标动作。

该控制器101，还用于获取上述中央处理器生成的第一控制信息，并根据该第一控制信息控制该动力组件运行，以执行该目标动作。

其中，上述控制器可以通过板载接口的方式获取传感器数据并上传至服务器，其中板载接口可以包括GPIO(General-Purpose Input/Output，通用型之输入输出)端口、UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)接口、I2C(Inter-Integrated Circuit，两线式串行总线)接口、SPI(SDH Physical Interface，SDH物理接口)、SDIO(Secure Digital Input and Output，安全数字输入输出卡)接口、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口等接口方式中的一种或多种。

该第一控制信息可以包括第一控制指令和/或第一控制数据，该机器人的中央控制器可以通过机器人的交换和路由组件将该第一控制信息传输至该关节执行器的控制器；也可以将该第一控制信息写入存储器中，由关节执行器的控制器从该存储器中读取该第一控制信息。

需要说明的是，该传感器102可以是一个或多个。示例地，该传感器102可以包括激光雷达、3D深度视觉相机、RGB(红绿蓝)相机、双目SLAM(Simultaneous Localization AndMapping，同步定位与地图绘制)相机、超声波传感器、IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)、空气检测传感器和温湿度传感器中的一种或多种。上述传感器数据可以包括通过激光雷达、3D深度视觉相机或者超声波传感器测量得到的目标物体的形状以及该目标物体到该关节执行器的距离(深度)；或者，可以包括通过空气检测传感器测量得到的空气压力；或者，可以包括通过温湿度传感器测量得到的温度和湿度；或者，可以包括通过RGB相机、双目SLAM相机获取的环境地图。当然该传感器数据也可以包括上述信息中的任意一种或多种。

可选地，控制器101可以获取传感器102检测得到的传感器原始数据，并对该传感器原始数据进行预处理后得到上述传感器数据，其中，预处理可以包括去噪、增强和优化等处理。

上述服务器可以是云端服务器，也可以是台式电脑，或者其他具有存储器和处理器的电子设备。该服务器与应用该关节执行器的机器人可以通过有线网络或无线网络进行连接。从而获取上述传感器数据，可以根据该传感器数据生成决策指令，并向机器人的中央处理器下发该决策指令。该决策指令可以表征一个新的任务指令，也可以表征对原任务指令的调整。

采用上述关节执行器，该关节执行器包括控制器、传感器和动力组件，该控制器通过获取传感器检测到的传感器数据，并将该传感器数据上传至服务器，以便服务器根据该传感器数据向机器人的中央处理器下发决策指令，以使该中央处理器根据该决策指令生成第一控制信息，该第一控制信息用于控制该关节执行器执行目标动作；进一步地，该控制器还可以获取上述中央处理器生成的第一控制信息，并根据该第一控制信息控制该动力组件运行，以执行该目标动作。这样，可以通过关节执行器中的传感器获取准确的传感器数据，并根据该传感器数据精确控制关节执行器执行的目标动作，从而提高了机器人执行任务的准确度，并能够在复杂多变的环境中提高任务执行的成功率。

图2是本公开实施例提供的另一种关节执行器的结构示意图，如图2所示，在图1所示关节执行器的基础上，该关节执行器还可以包括电机驱动器201，该动力组件可以包括伺服电机202，该电机驱动器201与该伺服电机202和该控制器101相连接，其中：

该控制器101，用于根据上述第一控制信息生成电机控制参数，向该电机驱动器201输出包含该电机控制参数的第二控制信息；

该电机驱动器201，用于在获取到该第二控制信息的情况下，根据该电机控制参数驱动该伺服电机202运行，以执行上述目标动作。

其中，该第二控制信息同样可以包括第二控制指令和/或第二控制数据。该电机驱动器可以是具有DSP(Digital Signal Process，数字信号处理)处理能力的电机驱动器。可以在获取到该第二控制信息的情况下，对第二控制信息进行数字信号处理获取电机控制参数，并根据该电机控制参数驱动该伺服电机202运行，该电机驱动器驱动该伺服电机运行的方式可以包括SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，三相逆变器不同开关模式)或SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉宽调制)。

这样，通过电机驱动器和伺服电机，在控制器的控制下，可以根据第一控制信息执行目标动作。

进一步地，上述伺服电机202可以采用非晶材料。

需要说明的是，非晶材料与传统电机材料(例如传统硅钢)相比，具有低损耗，优异的磁性，高耐磨性、耐腐蚀性，高硬度和韧性，高的电阻率和机电耦合性能等特点；因此，可以有效降低电机的铁损，减小温升。此外，在相同的励磁磁场强度下，传统电机材料的磁通密度随频率的变化迅速下降，而非晶材料的下降幅度较小。由此可见，在较高频率下使用非晶材料具有较大的优势。示例地，铁基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)是非晶材料的一种，组成它物质的分子(或原子、离子)不呈空间有规则周期性，没有晶态合金的晶粒、晶界存在。

这样，上述伺服电机采用非晶材料，可有效降低损耗，提高电机效率，重量轻，体积小，尤其在高频下工作的高速或高功率密度电机更能发挥显著优势。

可选地，该伺服电机202可以是采用非晶材料的高扭矩密度的交流伺服驱动器，具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点，能够进一步提升关节执行器的性能。

图3是本公开实施例提供的另一种关节执行器的结构示意图，如图3所示，在图2所示关节执行器的基础上，该动力组件还可以包括减速器302，该减速器302和该伺服电机202相连接，其中：

该减速器302，用于降低该伺服电机202的电机转速，以增加转矩。

其中，该减速器302可以是对应目标减速比的减速器，示例地，该减速器可以包括RV减速器、滚柱减速器、摆星减速器、行星减速器、行星加端面齿轮、灯笼齿轮和谐波减速器中的一种或多种。

需要说明的是，减速器是一种精密的动力传达机构，可以利用齿轮的速度转换器，将伺服电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装置，从而降低伺服电机的电机转速，以增加转矩。这样，通过减速器使伺服电机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到机器人各部位需要的速度，提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。

进一步地，如图4所示，该动力组件还可以包括编码器402，该编码器402可以是支持单向高精度的编码器，或者是支持双向高精度的编码器，该编码器可以用于测量伺服电机的转动角度和速度，并将该转动角度和速度传递至电机驱动器，以便电机驱动器根据该，以便该转动角度和速度调整电机控制参数。将上述伺服电机、高精度编码器和对应目标减速比的减速器集成到关节执行器中，作为该关节执行器的动力组件，用于执行更为精细的目标动作。

图4是本公开实施例提供的另一种关节执行器的结构示意图，如图4所示，该关节执行器还包括PON-CAN总线接口401，该控制器可以包括网络处理器NPU，其中：

该NPU，用于通过该PON-CAN总线接口将该传感器数据上传至该服务器。

需要说明的是，CAN是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称，而PON(Passive Optical Network：无源光纤网络)是纯介质网络，基于无源光纤组网，避免了外部设备的电磁干扰影响和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，而且可以提供非常高的带宽，满足高速率的传输要求。同有源系统比较，PON具有节省光缆资源、带宽资源共享，节省机房投资，设备安全性高，建网速度快，综合建网成本低等优点。该无源技术可以由多种技术结合而成，包括APON(ATM PassiveOptical Networks，基于信元传输协议的无源光网络)、GPON(Gigabit-Capable PassiveOptical Networks，具有千兆位功能的无源光网络)和EPON(Ethernet Passive OpticalNetwork，以太网无源光网络)等。

这样，通过该PON-CAN总线接口和NPU，实现了支持高频、超大带宽的PON-CAN通信总线，从而增强了该关节执行器的处理效率和动作执行效率。

进一步地，如图4所示，该关节执行器还可以包括控制主板403，其中：该控制器、该PON-CAN总线接口和该电机驱动器均集成在该控制主板上。

这样，通过该控制主板的集成，节省了关节执行器的空间，从而减小了关节执行器的体积，并提高了关节执行器的集成度和性能。

可选地，如图4所示，该控制器还可以包括中央处理器CPU和图像处理器GPU，其中：该CPU和该GPU，用于根据第一控制信息并行进行数据运算，生成电机控制参数，处理器的处理位宽包括32位、64位和128位中的一种或多种。

另外，如图4所示，该关节执行器还可以包括存储器MEM，该存储器MEM也可以集成在该控制主板403上。该存储器可以是高速内存芯片，示例地，该高速内存芯片可以包括Flash(闪存)、SRAM(Static Random-Access Memory，静态随机存取存储器)、SDRAM(Synchronous Dynamic Random-Access Memory，同步动态随机存取内存)、ROM(Read-OnlyMemory，只读存储器)中的一种或多种。该存储器可以用于存储和获取CPU、GPU、NPU、传感器之间需要互相传输的数据。

这样，通过在关节执行器的控制主板上集成CPU、GPU、NPU、电机驱动器和高速内存芯片，可以进一步减小关节执行器的体积，并提高关节执行器的集成度和性能。

在本公开的另外一些实施例中，上述传感器102检测得到的传感器数据可以包括环境数据、位置数据和执行器动力数据中的一种或多种，其中环境数据可以用于表征该关节执行器所处的外部环境的信息；位置数据可以包括该关节执行器的空间位置信息，或者，该关节执行器与目标物体的距离信息；执行器动力数据可以包括关节执行器输出的转矩的大小和方向，以及关节执行器的受力情况。

进一步地，在该传感器数据包括环境数据的情况下，该传感器可以包括环境传感器；或者，

在该传感器数据包括该位置数据的情况下，该传感器包括空间位置传感器和/或高精度位置传感器；或者，

在该传感器数据包括该执行器动力数据的情况下，该传感器包括力反馈传感器和/或高精度扭矩传感器。

示例地，如图4所示，上述传感器102可以包括环境传感器、空间位置传感器、力反馈传感器、高精度扭矩传感器和高精度位置传感器中的一种或多种。其中：

环境传感器，可以包括空气温湿度传感器、蒸发传感器、雨量传感器、光照传感器、风速风向传感器、摄像头等，能够精确的测量关节执行器所处的环境信息。

空间位置传感器，可以用于测量目标物体在三维坐标下的三维空间位置。

力反馈传感器，可以用于测量关节执行器的受力情况。

高精度扭矩传感器，可以用于测量关节执行器输出的转矩的大小和方向。

高精度位置传感器，可以用于测量目标物体的位置并转换成可用输出信号的传感器。位置传感器是接触式或接近式，其中，接触式位置传感器通过与目标物体的接触挤压，而检测关节执行器自身与目标物体的接触位置；而接近式位置传感器，无需和物体直接接触即可以检测关节执行器自身与目标物体的相对位置。

这样，通过上述一种或多种传感器，可以实现多维度的传感器数据，将该传感器数据上传至服务器，形成了多维度的控制自反馈系统，提高了关节执行器执行目标动作的精准度和成功率。

可选地，上述服务器根据该传感器数据生成决策指令的方式，可以包括以下两种方式中的任意一种：

方式一、可以根据上述传感器数据生成初始任务指令，将该初始任务指令作为决策指令。

在本方式中，该关节执行器当前处于空闲状态，也就是未执行任何目标动作。此时，若服务器接收到用户输入的目标任务，则可以根据上述传感器数据和目标任务生成初始任务指令，将该初始任务指令作为决策指令，下发至机器人的中央处理器。例如，服务器接收到用户输入的目标任务为“接一杯水”，传感器数据中包含纸杯和饮水机的信息，以及饮水机与关节执行器的距离信息，则可以根据该传感器数据和该目标任务生成“用纸杯到饮水机处接一杯水”的初始任务指令，并将该初始任务指令作为决策指令。

另外，若服务器未接收到用户输入的目标任务，也可以根据该传感器数据与预先设置的任务规则，自动生成目标任务，并根据该传感器数据和目标任务生成初始任务指令，将该初始任务指令作为决策指令。例如，以传感器数据为环境数据，该传感器为环境传感器为例进行说明，该环境传感器可以是摄像头，该环境数据可以包括该摄像头拍摄的指定环境范围内的实时环境图像，在根据该实时环境图像进行图像识别处理，确定该指定环境范围内的地面中存在废弃物的情况下，而预先设置的任务规则中包括“地面中存在废弃物时需要启动清扫地面任务”，则服务器根据该传感器数据和该任务规则，可以自动生成“清扫地面”的目标任务，并进一步根据该传感器数据和目标任务生成初始任务指令，该初始任务指令可以包括移动至废弃物所在位置，并将废弃物回收至指定位置。

方式二、可以根据上述传感器数据对当前任务指令进行调整后生成新的任务指令，将该新的任务指令作为该决策指令。

在本方式中，该关节执行器当前处于工作状态，也就是正在执行当前任务指令对应的目标动作。此时，服务器可以根据该传感器数据确定当前任务指令是否需要调整；若根据该传感器数据确定当前任务指令需要调整，可以根据该传感器数据生成新的任务指令作为该决策指令；反之，若根据当前任务指令和该传感器数据确定原任务指令不需要调整，则可以不生成决策指令，或者生成的决策指令是继续执行原任务指令。

上述根据该传感器数据确定当前任务指令是否需要调整的方式可以包括：若与当前任务指令中的目标物体相关的传感器数据发生了变化，则确定需要调整当前任务指令；否则，若与当前任务指令中的目标物体相关的传感器数据未发生了变化，则确定不需要调整当前任务指令。示例地，当前任务指令是抓取A位置的目标物体，而传感器数据中的目标物体从A位置移动到了B位置，或者，关节执行器与目标物体所在的A位置之间出现了新的障碍物，这样，可以确定当前任务指令需要调整，可以根据该传感器数据生成新的任务指令作为该决策指令；反之，若传感器数据中的目标物体的位置不变，且关节执行器与目标物体之间的路径上的环境也未发生变化，则可以确定当前任务指令不需要调整，可以不生成决策指令，或者生成的决策指令是继续执行原任务指令，此时关节执行器继续执行原有的目标动作。

需要说明的是，上述服务器根据该传感器数据生成决策指令的具体方式也可以参考相关技术中的实现方式，本公开对此不作限制。

这样，通过传感器数据调整目标动作的执行，可以确保目标动作顺利完成。

另外，本公开中的关节执行器，可以是SCA(Smart Compliant Actuator，智能柔性执行器)，该智能柔性执行器可以将上述控制器、传感器、电机驱动器、伺服电机、减速器和编码器等核心元件高度集成，形成了高集成度的智能柔性关节执行器，在同样性能下体积达到传统伺服器系统的十分之一；上述伺服电机可以采用非晶材料，以支持高频运转；上述控制器通过获取传感器检测到的传感器数据，并将该传感器数据通过高速稳定的PON-CAN总线上传至服务器，以便服务器根据该传感器数据向机器人的中央处理器下发决策指令，以使该中央处理器根据该决策指令生成第一控制信息，该第一控制信息用于控制该关节执行器执行目标动作；该控制器还可以获取该第一控制信息，并根据该第一控制信息控制基于CPU计算过程或GPU并行计算，输出第二控制信息给电机驱动器，通过电机驱动器驱动伺服电机运行，以执行目标动作，从而形成控制自反馈系统。

图5是本公开实施例提供的一种机器人的结构示意图，如图5所述，该机器人包括中央处理器501，交换和路由组件502，以及一个或多个关节执行器503(如图中的关节执行器5031，关节执行器5032，……，关节执行器503n)，该中央处理器通过该交换和路由组件与该一个或多个关节执行器相连接；其中：

该中央处理器501，用于根据接收到的决策指令生成第一控制信息；其中，该第一控制信息用于控制该关节执行器执行目标动作，该决策指令是服务器根据传感器数据向机器人的中央处理器下发的指令，该传感器数据是该关节执行器通过传感器获取的传感器数据。

该交换和路由组件502，用于将该中央处理器生成的该第一控制信息传输至该关节执行器。

该关节执行器503可以为本公开上述任一实施例中的关节执行器。

其中，该第一控制信息可以包括第一控制指令和第一控制数据。该交换和路由组件可以包括CANOpen、EtherCAT、CAN2.0中的一种或多种接口，从而实现中央处理器与关节执行器的连接与数据传输。

这样，通过本方案，可构建出一个非常强大的分布式计算机器人本体，通过中央处理器与一个或多个关节执行器的配合，关节执行器的传感器获取准确的传感器数据，根据传感器数据精确控制关节执行器执行的目标动作，从而提高了机器人执行任务的准确度，并能够在复杂多变的环境中提高任务执行的成功率。

可选地，上述交换和路由组件可以包括PON-CAN总线。

其中，中央处理器通过PON-CAN总线与一个或多个关节执行器进行网络连接，中央处理器生成的第一控制信息可以通过PON-CAN总线接口经由网络处理器NPU直接进入CPU或GPU。

另外，上述交换和路由组件可以支持中央控制器与一个或多个关节执行器的数据二层网络交换和三层网络路由，并且所有网络连接可以支持IPv4或IPv6网络协议。这样一个由多个关节组成的机器人，将形成一个分布式网络，每个关节是一个网络计算节点。

这样，通过上述PON-CAN总线，相对于传统的机器人总线技术，具备高频、稳定和超大带宽的通信能力；支持IPv4/IPv6网络协议，使得机器人本体多个关节之间形成一个分布式网络，每个关节执行器是一个网络节点，从而增强了该关节执行器的处理效率和动作执行效率。同时，在多个机器人协作的情况下，该PON-CAN总结可以作为机器人与云端服务器之间实现独立的IP子网的互联互通，可以实现多机器人协作完成更为复杂的任务。

图6是本公开实施例提供的一种关节执行器控制方法的流程图，如图6所示，该方法的执行主体可以是关节执行器的控制器，该关节执行器包括控制器、传感器和动力组件，该控制器与该传感器和该动力组件连接；该方法包括：

S601、获取传感器检测到的传感器数据。

其中，该传感器数据可以包括环境数据、位置数据和执行器动力数据中的一种或多种，其中环境数据可以用于表征该关节执行器所处的外部环境的信息；位置数据可以包括该关节执行器的空间位置信息，或者，该关节执行器与目标物体的距离信息；执行器动力数据可以包括关节执行器输出的转矩的大小和方向，以及关节执行器的受力情况。该控制器可以通过板载接口的方式获取传感器检测到的传感器数据，其中板载接口可以包括GPIO端口、UART接口、I2C接口、SPI、SDIO接口和USB接口中的一种或多种。

可选地，在本步骤中，可以将获取到的传感器原始数据作为传感器数据；也可以通过获取传感器检测得到的传感器原始数据，并对该传感器原始数据进行预处理后得到上述传感器数据，其中，预处理可以包括去噪、增强和优化等处理。

S602、将该传感器数据上传至服务器，以便该服务器根据该传感器数据向机器人的中央处理器下发决策指令，以使该中央处理器根据该决策指令生成第一控制信息。

其中，该第一控制信息用于控制该关节执行器执行目标动作，并且该第一控制信息可以包括第一控制指令和/或第一控制数据，该机器人的中央控制器可以通过机器人的交换和路由组件将该第一控制信息传输至该关节执行器的控制器；也可以将该第一控制信息写入存储器中，由关节执行器的控制器从该存储器中读取该第一控制信息。

该服务器可以是云端服务器，也可以台式电脑，或者是其他包括存储器和处理器的电子设备。可以通过上述板载接口将传感器数据上传至服务器，也可以通过机器人的总线接口将传感器数据上传至服务器。

同样地，上述服务器根据该传感器数据生成决策指令的方式，可以包括以下两种方式中的任意一种：

方式一、可以根据上述传感器数据生成初始任务指令，将该初始任务指令作为决策指令。

方式二、可以根据上述传感器数据对当前任务指令进行调整后生成新的任务指令，将该新的任务指令作为该决策指令。

S603、获取该中央处理器生成的该第一控制信息。

S604、根据该第一控制信息控制该动力组件运行，以执行目标动作。

采用上述方法，获取传感器检测到的传感器数据，并将该传感器数据上传至服务器，以便该服务器根据该传感器数据向机器人的中央处理器下发决策指令，以使该中央处理器根据该决策指令生成第一控制信息；然后获取该中央处理器生成的该第一控制信息，并根据该第一控制信息控制该动力组件运行，以执行该目标动作，从而通过传感器获取准确的传感器数据，并执行与该传感器数据相对应的目标动作，从而提高了机器人执行任务的准确度，并能够在复杂多变的环境中提高任务执行的成功率。

进一步地，在本公开的另外一些实施例中，该关节执行器还包括电机驱动器，该动力组件包括伺服电机，该电机驱动器与该伺服电机和该控制器相连接，上述S604步骤根据该第一控制信息控制该动力组件运行，以执行该目标动作可以包括以下步骤：

首先，根据该第一控制信息生成电机控制参数；

然后，向该电机驱动器输出包含该电机控制参数的第二控制信息，以便该电机驱动器根据该电机控制参数驱动该伺服电机运行，以执行该目标动作。

这样，通过电机驱动器和伺服电机，在控制器的控制下，可以根据第一控制信息执行目标动作。

另外，该关节执行器还可以包括PON-CAN总线接口，上述S602步骤将该传感器数据上传至服务器可以包括：

通过该PON-CAN总线接口将该传感器数据上传至该服务器。

这样，由于PON-CAN总线避免了电磁干扰影响，提供了超大带宽，从而增强了该关节执行器的处理效率和动作执行效率。

图7是根据一示例性实施例示出的一种电子设备700的框图。如图7所示，该电子设备700可以包括：处理器701，存储器702。该电子设备700还可以包括多媒体组件703，输入/输出(I/O)接口704，以及通信组件705中的一者或多者。

其中，处理器701用于控制该电子设备700的整体操作，以完成上述的多机器人控制方法中的全部或部分步骤。存储器702用于存储各种类型的数据以支持在该电子设备700的操作，这些数据例如可以包括用于在该电子设备700上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器702可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件703可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器702或通过通信组件705发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口704为处理器701和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件705用于该电子设备700与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G、4G、NB-IOT、eMTC、或其他5G等等，或它们中的一种或几种的组合，在此不做限定。因此相应的该通信组件705可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块等等。

在一示例性实施例中，电子设备700可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的多机器人控制方法。

在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的多机器人控制方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器702，上述程序指令可由电子设备700的处理器701执行以完成上述的多机器人控制方法。

图8是根据一示例性实施例示出的一种电子设备800的框图。例如，电子设备800可以被提供为一服务器。参照图8，电子设备800包括处理器822，其数量可以为一个或多个，以及存储器832，用于存储可由处理器822执行的计算机程序。存储器832中存储的计算机程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理器822可以被配置为执行该计算机程序，以执行上述的多机器人控制方法。

另外，电子设备800还可以包括电源组件826和通信组件850，该电源组件826可以被配置为执行电子设备800的电源管理，该通信组件850可以被配置为实现电子设备800的通信，例如，有线或无线通信。此外，该电子设备800还可以包括输入/输出(I/O)接口858。电子设备800可以操作基于存储在存储器832的操作系统，例如Windows Server，Mac OS，Unix，Linux等等。

在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的多机器人控制方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器832，上述程序指令可由电子设备800的处理器822执行以完成上述的多机器人控制方法。

在另一示例性实施例中，还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含能够由可编程的装置执行的计算机程序，该计算机程序具有当由该可编程的装置执行时用于执行上述的多机器人控制方法的代码部分。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种关节执行器，其特征在于，所述关节执行器包括控制器、传感器和动力组件，所述控制器与所述传感器和所述动力组件连接，其中：

所述控制器，用于获取所述传感器检测到的传感器数据，并将所述传感器数据上传至服务器，以便所述服务器根据所述传感器数据向机器人的中央处理器下发决策指令，以使所述中央处理器根据所述决策指令生成第一控制信息，所述第一控制信息用于控制所述关节执行器执行目标动作；

所述控制器，还用于获取所述中央处理器生成的所述第一控制信息，并根据所述第一控制信息控制所述动力组件运行，以执行所述目标动作。

2.根据权利要求1所述的关节执行器，其特征在于，所述关节执行器还包括电机驱动器，所述动力组件包括伺服电机，所述电机驱动器与所述伺服电机和所述控制器相连接，其中：

所述控制器，用于根据所述第一控制信息生成电机控制参数，向所述电机驱动器输出包含所述电机控制参数的第二控制信息；

所述电机驱动器，用于在获取到所述第二控制信息的情况下，根据所述电机控制参数驱动所述伺服电机运行，以执行所述目标动作。

3.根据权利要求2所述的关节执行器，其特征在于，所述伺服电机采用非晶材料。

4.根据权利要求2所述的关节执行器，其特征在于，所述动力组件还包括减速器，所述减速器和所述伺服电机相连接，其中：

所述减速器，用于降低所述伺服电机的电机转速，以增加转矩。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的关节执行器，其特征在于，所述关节执行器还包括PON-CAN总线接口，所述控制器还包括网络处理器NPU，其中：

所述NPU，用于通过所述PON-CAN总线接口将所述传感器数据上传至所述服务器。

6.根据权利要求5所述的关节执行器，其特征在于，所述关节执行器还包括控制主板，其中：

所述控制器、所述PON-CAN总线接口和所述电机驱动器均集成在所述控制主板上。

7.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括中央处理器，交换和路由组件，以及一个或多个关节执行器，所述中央处理器通过所述交换和路由组件与所述一个或多个关节执行器相连接；其中：

所述中央处理器，用于根据接收到的决策指令生成第一控制信息；其中，所述第一控制信息用于控制所述关节执行器执行目标动作，所述决策指令是服务器根据传感器数据向机器人的中央处理器下发的指令，所述传感器数据是所述关节执行器通过传感器获取的传感器数据；

所述交换和路由组件，用于将所述中央处理器生成的所述第一控制信息传输至所述关节执行器；

所述关节执行器为上述权利要求1至6中任一项所述的关节执行器。

8.一种关节执行器控制方法，其特征在于，应用于关节执行器的控制器，所述关节执行器包括控制器、传感器和动力组件，所述控制器与所述传感器和所述动力组件相连接；所述方法包括：

获取所述传感器检测到的传感器数据；

将所述传感器数据上传至服务器，以便所述服务器根据所述传感器数据向机器人的中央处理器下发决策指令，以使所述中央处理器根据所述决策指令生成第一控制信息，所述第一控制信息用于控制所述关节执行器执行目标动作；

获取所述中央处理器生成的所述第一控制信息；

根据所述第一控制信息控制所述动力组件运行，以执行所述目标动作。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求8所述方法的步骤。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，其上存储有计算机程序；

处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求8所述方法的步骤。

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