CN113478494B

CN113478494B - 机器人及其信号处理方法、信号处理系统和信号处理装置

Info

Publication number: CN113478494B
Application number: CN202111041096.2A
Authority: CN
Inventors: 李耀; 其他发明人请求不公开姓名
Original assignee: Chengdu Borns Medical Robotics Co Ltd
Current assignee: Chengdu Borns Medical Robotics Co Ltd
Priority date: 2021-09-07
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2041-09-07
Also published as: CN113478494A

Abstract

本发明公开了一种机器人及其信号处理方法、信号处理系统和信号处理装置，其中，一种机器人信号处理方法包括：S1、获取用以控制滑台和执行件运动的运动数据；其中，机器人包括机械臂，机械臂的末端设有滑台，执行件设于滑台；S2、根据运动数据制成合并数据包；S3、将合并数据包发送至下位机；S4、接收当下位机收到合并数据包后所分别反馈的执行件的第一反馈数据和滑台的第二反馈数据。如此设置，能够提高信号传输的准确性，从而保证应用该方法的机器人的运动控制更加稳定和安全。

Description

机器人及其信号处理方法、信号处理系统和信号处理装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种机器人及其信号处理方法、信号处理系统和信号处理装置。

背景技术

相关机器人系统的运动控制协议架构为将采集的坐标系数据以及器械各自由度的控制数据通过TCPIP网络协议下发，再将坐标系数据以及器械各自由度的控制数据解算为机器人机械臂和器械滑台的运动数据，然后将器械滑台的运动数据通过总线按照该种基于串口的器械滑台控制协议发送到下一步构件用以驱动器械滑台进行运动。

目前，现有的器械滑台协议架构使用的是器械和滑台分开下发的控制协议，而分开下发是指构件先延时一段时间下发器械数据包，然后再延时一段时间下发滑台数据包，如此循环发送；器械和滑台分别收到各自数据后进行响应反馈。

但现有技术在使用过程中，由于系统资源调度等客观因素出现的延时不精准导致器械和滑台的数据包存在重叠的情况，不能够分辨出器械和滑台的数据，导致数据出错，错误数据再使用时会被丢弃从而导致数据错误和丢失不完整的现象。

因此，如何避免在信号传输过程中因延时出错产生错误数据成为了本领域人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人及其信号处理方法、信号处理系统和信号处理装置，能够提高信号传输的准确性，从而保证应用该方法的设备的运动控制更加稳定和安全。

为实现上述目的，本发明提供一种机器人信号处理方法，包括：

S1、获取用以控制滑台和执行件运动的运动数据；其中，机器人包括机械臂，机械臂的末端设有滑台，执行件设于滑台；

S2、根据运动数据制成合并数据包；

S3、将合并数据包发送至下位机；

S4、接收当下位机收到合并数据包后所分别反馈的执行件的第一反馈数据和滑台的第二反馈数据。

可选地，根据运动数据制成合并数据包的步骤，包括：

S21、根据执行件的运动数据得到用以控制执行件的第一控制指令集；

S22、根据滑台的运动数据得到用以控制滑台的第二控制指令集；

S23、将第一控制指令集和第二控制指令集两者排列后合并，以形成合并数据包。

可选地，将第一控制指令集和第二控制指令集两者排列后合并，以形成合并数据包的步骤之后，还包括：

S231、根据第一控制指令集和第二控制指令集两者得到校验码；

S232、将校验码放入合并数据包中；

相应的，接收当下位机收到合并数据包后所分别反馈的执行件的第一反馈数据和滑台的第二反馈数据的步骤，包括：

S41、当下位机收到合并数据包并通过校验码校验出合并数据包正确时，下位机根据校验正确的合并数据包控制执行件和滑台两者运动；

S42、接收当下位机控制执行件和滑台运动之后所反馈的执行件的第一反馈数据和滑台的第二反馈数据。

可选地，根据第一控制指令集和第二控制指令集两者得到校验码的步骤，包括：

将第一控制指令集和第二控制指令集两者的数据字节按照字节相加得到校验码。

可选地，将校验码放入合并数据包中的步骤，包括：

将校验码放在合并数据包的最后一位。

可选地，接收当下位机收到合并数据包后所分别反馈的执行件的第一反馈数据和滑台的第二反馈数据的步骤之后，还包括：

S5、对第一反馈数据和第二反馈数据分别进行校验；

S6、当校验出第一反馈数据为真时，通过第一反馈数据更新执行件的运动数据；

S7、当校验出第二反馈数据为真时，通过第二反馈数据更新滑台的运动数据。

可选地，第一反馈数据和第二反馈数据均包括校验和码，第一反馈数据的校验和码具体为第一反馈数据的数据字节的字节之和，第二反馈数据的校验和码具体为第二反馈数据的数据字节的字节之和。

本发明还提供一种机器人信号处理系统，机器人信号处理系统应用于上述的机器人信号处理方法，机器人信号处理系统包括：

获取单元：用于获取用以控制滑台和执行件运动的运动数据；其中，机器人包括机械臂，机械臂的末端设有滑台，执行件设于滑台；

生成单元：用于根据运动数据制成合并数据包；

发送单元：用于将合并数据包发送至下位机；

接收单元：用于接收当下位机收到合并数据包后所分别反馈的执行件的第一反馈数据和滑台的第二反馈数据。

本发明还提供一种机器人信号处理装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，处理器和存储器相连，且处理器用于执行计算机程序时实现如上述的机器人信号处理方法的步骤。

本发明还提供一种机器人，包括如上述的机器人信号处理装置，机器人还包括机械臂，机械臂的末端设有滑台，执行件设于滑台。

相对于上述背景技术，本发明提供一种机器人信号处理方法，包括：

获取相互连接的执行件和滑台的运动数据，滑台安装于机器人的机械臂末端，执行件和滑台两者用以根据运动数据进行运动；根据运动数据制成合并数据包；将合并数据包发送至下位机；接收当下位机收到合并数据包后所分别反馈的执行件的第一反馈数据和滑台的第二反馈数据。

可见，在实际应用中，采用本发明的方案，在获取相互连接的执行件和滑台的运动数据后，根据运动数据制成合并数据包；再将合并数据包发送至下位机；接收当下位机收到合并数据包后所分别反馈的执行件的第一反馈数据和滑台的第二反馈数据。与现有技术相比，本申请不仅仅获取运动数据，并且进一步将所获得的运动数据合并成合并数据包，将合并后的运动数据包发送至下位机，进而避免了运动数据分开传输时可能出现的延时出错问题，保证了数据传输的精准度；并且下位机在接收合并数据包之后会对运动数据进行反馈，进一步的检验，更保证了数据传输的准确性。

本发明还提供了一种机器人信号处理装置、系统及应用该处理方法的机器人，具有上述有益效果。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种机器人信号处理方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例所提供的一种机器人信号处理系统的示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种机器人信号处理系统的信息连接示意图；

图4为本发明实施例所提供的可应用于机器人信号处理方法的一种机器人的示意图；

图5为本发明所提供的一种机器人信号处理系统的结构框图。

其中：1为机械臂、2为执行件，3为滑台，101为获取单元，102为生成单元，103为发送单元，104为接收单元。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参照图1，图1为本发明实施例所提供的一种机器人信号处理方法的步骤流程图，机器人信号处理方法包括：

步骤S1：获取相互连接的执行件和滑台的运动数据；其中，执行件和滑台两者用以根据运动数据进行运动。

可参考说明书附图4，机器人包括机械臂1，机械臂的末端设有滑台3，滑台3安装有执行件2，即执行件2和滑台3相互连接；在该步骤中，运动数据的作用是控制执行件2和滑台3按照运动数据进行运动。运动数据的获取方式可采用正逆运动学公式进行解算得到。

结合说明书附图2和附图4，上位机到中位机的信息一般通过TCP/IP协议传输，在一种实施方式中，机械臂1的末端设有滑台3，滑台3安装有执行件2，具体地，执行件2可具体为器械，滑台3和机械臂1的末端直接相连，器械可包括：器械驱动组件、传动组件和末端执行组件，器械通过器械驱动组件安装于滑台3上。执行件2还可以设置为其他类型的工具等。

当器械收到运动数据后，器械的末端执行组件根据运动数据进行运动，当滑台3收到运动数据后，滑台3则会根据运动数据控制器械驱动组件运动，即控制器械相对于滑台3进行运动。可以看出，无论运动数据控制器械还是滑台3运动，最终均可实现器械的末端执行组件发生位置变化。

当中位机接收到上位机发送的坐标系数据以及机器人各自由度数据时，可利用正逆运动学公式进行解算，得到执行件2和滑台3的运动数据；解算过程及公式可参考现有技术。

步骤S2：根据运动数据制成合并数据包。

根据上述步骤S1中得到的运动数据，中位机按照设定格式合并获取的运动数据成合并数据包；也即，将获取的运动数据按照设定格式整理，再按照设定格式合并，这样就实现了运动数据的规范整合，使之成为整体，即合并数据包。

步骤S3：将合并数据包发送至下位机。

当在步骤S2中得到合并数据包之后，将合并数据包按照设定的时间间隔循环向下位机发送。

此时，时间间隔可设定不变，保证循环发送过程匀速进行，合并数据包之间不产生干涉。

步骤S4：接收当下位机收到合并数据包后所分别反馈的执行件2的第一反馈数据和滑台3的第二反馈数据。

当在步骤S3中的合并数据包成功被下位机接收后，下位机将分别对合并数据包内的各个对应不同运动件的运动数据进行一对一反馈，即对每个运动件都反馈相应的反馈数据。将合并数据包中的数据字节按字节相加得到该合并数据包的最终校验码。该校验码放在数据包的最后数据字节，接收方收到每包数据后以同样的方式计算出校验数据，将计算出的校验码与收到的校验码进行比较验证。因此该机制增加了数据通信的准确性和安全性。

进一步地，针对上述步骤S1，获取相互连接的执行件2和滑台3的运动数据的方式，可具体为：

中位机接收到坐标系数据以及器械各自由度的控制数据，并将上述数据解算为机器人机械臂和器械滑台的运动数据，在获取到数据后可通过正逆运动学公式进行解算，获取数据。

其中，中位机接收坐标系数据以及器械各自由度的控制数据，并将上述数据解算为机器人机械臂和器械滑台的运动数据的方式为现有技术。

进一步地，针对上述步骤S2，根据运动数据制成合并数据包，可具体为：

也就是说，中位机将运动数据制成合并数据包，根据执行件2的运动数据得到用以控制执行件2的第一控制指令集，当执行件2具体为上文记载的器械时，则第一控制指令集具体格式为“器械滑台报头+器械滑台命令类型+器械命令+器械四个电机控制数据”；根据滑台3的运动数据得到用以控制滑台3的第二控制指令集，第二控制指令集具体格式为“滑台命令+滑台电机控制数据”；

将第一控制指令集和第二控制指令集两者排列后合并，以形成合并数据包。

其中，合并数据包格式为“器械滑台报头+器械滑台命令类型+器械命令+器械四个电机控制数据+滑台命令+滑台电机控制数据”。

例如，“器械滑台报头+器械滑台命令类型+器械命令+器械四个电机控制数据+滑台命令+滑台电机控制数据”，

对应的举例数据包为：“0x55 0x66 0xA0 0x21 0x7F 0x7F 0x7F 0x7F 0x210x7F”。

进一步地，在上述步骤S23执行之后，还可以再执行以下步骤；

S232、将校验码放入所述合并数据包中；

也即，根据第一控制指令集和第二控制指令集两者得到校验码，校验码本身不具备实际意义而是作为为再一次检测信息传输精确度的标志存在；

获取校验码的具体方法是：将第一控制指令集和第二控制指令集两者的数据字节按照字节相加得到校验码，获得后将校验码放在合并数据包的最后一位，不影响数据读取。

加入校验码之后合并数据包格式为“器械滑台报头+器械滑台命令类型+器械命令+器械四个电机控制数据+滑台命令+滑台电机控制数据+校验码”。

对应的举例数据包为：“0x55 0x66 0xA0 0x21 0x7F 0x7F 0x7F 0x7F 0x21 0x7F0x18”。

进一步地，针对上述步骤S3，结合说明书附图2和附图3，中位机通过RS485总线将合并数据包发送至下位机，可具体为：

中位机将合并数据包间隔4ms循环发送到下位机，比现有技术的循环发送时间要长，保证了合并数据包之间的间隔并留出分别反馈的时间富余。

相应的，上述步骤S4，包括：

其中，下位机收到合并数据包后对校验码进行校验，当校验出合并数据包正确后，下位机根据合并数据包控制执行件2和滑台3进行运动。

当执行件2和滑台3运动之后，则通过下位机向中位机反馈执行件2的第一反馈数据和滑台3的第二反馈数据，两反馈数据由中位机接收；具体为：

下位机器械收到数据后立即进行反馈；

下位机滑台收到数据后延时2ms进行反馈。

器械反馈的内容为：“器械报头+命令类型+四个电机编码器值+四个电机的电流值+器械类型码+器械状态+校验和码”，

对应的举例数据包为：“0x43 0x44 0xA0 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x000x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x000x00 0x00 0xFF 0xFF 0x00 0x25”。

滑台反馈的内容为：“滑台报头+命令类型+滑台电机编码器值+滑台按键值+joystick数据+滑台电流+滑台状态+校验和码”对应的举例数据包为：“0x45 0x46 0xA00x00 0x00 0x00 0x00 0xFF 0xFF 0x00 0x00 0x00 0x00 0x01 0x2A”

当执行上述步骤S4之后，还可执行：

S5、对第一反馈数据和第二反馈数据分别进行校验；

可以利用中位机对反馈的数据进行校验，方法具体为：对第一反馈数据和第二反馈数据分别进行校验；

当校验出第一反馈数据为真时，即表示执行件2的信息传输准确无误；此第一反馈数据可在被中位机接收后解码成与原执行件2运动数据同格式的信息，通过第一反馈数据更新此时执行件2的运动数据；当校验出第二反馈数据为真时，即表示滑台3的信息传输准确无误；此第二反馈数据可在被中位机接收后解码成与原滑台3运动数据同格式的信息，通过第二反馈数据更新滑台3的运动数据。

结合上述，将合并数据包中从器械滑台报头到校验和前的数据字节按字节相加得到该合并数据包的最终校验和码。该校验和码放在数据包的最后数据字节，接收方收到每包数据后以同样的方式计算出校验和数据，将计算出的校验和码与收到的校验和码进行比较验证。与此同时，下位机反馈的第一反馈数据和第二反馈数据均包括校验和码，还可利用中位机根据校验和码对第一反馈数据和第二反馈数据进行校验，该机制增加了数据通信的准确性和安全性。

例如，针对合并数据包的校验：“器械滑台报头+器械滑台命令类型+器械命令+器械四个电机控制数据+滑台命令+滑台电机控制数据+校验码”对应的举例数据包为：“0x550x66 0xA0 0x21 0x7F 0x7F 0x7F 0x7F 0x21 0x7F 0x18”，由此可计算出该数据包的校验码具体为：0x55+0x66+0xA0+0x21+0x7F+0x7F+0x7F+0x7F+0x21+0x7F=0x18，则数据最后一个字节的校验码为0x18。

本发明实施例还提供一种机器人信号处理系统，其中，机器人包括机械臂，机械臂的末端设有滑台，滑台设有执行件，机器人信号处理系统的设置方式和工作过程可参考上述机器人信号处理方法，机器人信号处理系统可应用于上文记载的机器人信号处理方法，机器人信号处理系统的结构框图如说明书附图5所示，包括：

获取单元101：用于获取滑台和执行件的运动数据；其中，滑台和执行件两者用以根据运动数据进行运动；

生成单元102：用于根据运动数据制成合并数据包；

发送单元103：用于将合并数据包发送至下位机；

接收单元104：用于接收当下位机收到合并数据包后所分别反馈执行件的第一反馈数据和滑台的第二反馈数据。

可选的，生成单元包括102：

生成子单元：

根据执行件的运动数据得到用以控制执行件的第一控制指令集；

根据滑台的运动数据得到用以控制滑台的第二控制指令集；

可选地，生成子单元还用于：

将第一控制指令集和第二控制指令集两者排列后合并的步骤之后，还包括：

根据第一控制指令集和第二控制指令集两者得到校验码；

可选地，生成子单元还用于：

根据第一控制指令集和第二控制指令集两者得到校验码的步骤，包括：

将校验码放在合并数据包的最后一位。

可选的，接收单元104包括：

接收子单元：用于接收当下位机控制执行件和滑台运动之后所反馈的执行件的第一反馈数据和滑台的第二反馈数据，其中，当下位机收到合并数据包并通过校验码校验出合并数据包正确时，下位机根据校验正确的合并数据包控制执行件和滑台运动。

可选地，接收子单元还用于：

对第一反馈数据和第二反馈数据分别进行校验；

当校验出第一反馈数据为真时，通过第一反馈数据更新执行件的运动数据；

当校验出第二反馈数据为真时，通过第二反馈数据更新滑台的运动数据。

本发明还提供了一种机器人信号处理装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，处理器和存储器连接，处理器用于执行计算机程序时实现如上文任意一项的机器人信号处理方法的步骤。

本发明还提供了一种机器人信号处理装置，具有和上述机器人信号处理方法相同的有益效果。

对于本发明所提供的一种机器人信号处理控制装置的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。

相应的，本发明还提供一种应用上述机器人信号处理装置的机器人，机器人被处理器执行时，实施上文中机器人信号处理方法的步骤。如说明书附图3，机器人包括机械臂1，机械臂1的末端设有执行件2和滑台3，如上文记载，执行件2可具体为器械，此处不再展开。

对于本发明所提供的一种应用机器人信号处理方法的机器人的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的机器人及其信号处理方法、信号处理系统和信号处理装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种机器人信号处理方法，其特征在于，包括：

S1、获取用以控制滑台和执行件运动的运动数据；其中，所述机器人包括机械臂，所述机械臂的末端设有滑台，所述执行件设于所述滑台；

S2、根据所述运动数据制成合并数据包；

S3、将所述合并数据包发送至下位机；

S4、接收当所述下位机收到所述合并数据包后所分别反馈的所述执行件的第一反馈数据和所述滑台的第二反馈数据；

其中，所述S2、根据所述运动数据制成合并数据包的步骤，包括：

S21、根据所述执行件的运动数据得到用以控制所述执行件的第一控制指令集；

S22、根据所述滑台的运动数据得到用以控制所述滑台的第二控制指令集；

S23、将所述第一控制指令集和所述第二控制指令集两者排列后合并，以形成合并数据包；

S231、根据所述第一控制指令集和所述第二控制指令集两者得到校验码；

S232、将所述校验码放入所述合并数据包中；

相应的，所述S4、接收当所述下位机收到所述合并数据包后所分别反馈的所述执行件的第一反馈数据和所述滑台的第二反馈数据的步骤，包括：

S41、当所述下位机收到所述合并数据包并通过所述校验码校验出所述合并数据包正确时，所述下位机根据校验正确的所述合并数据包控制所述执行件和所述滑台两者运动；

S42、接收当所述下位机控制所述执行件和所述滑台运动之后所立即反馈的所述执行件的第一反馈数据和延时反馈的所述滑台的第二反馈数据。

2.根据权利要求1所述的机器人信号处理方法，其特征在于，根据所述第一控制指令集和所述第二控制指令集两者得到校验码的步骤，包括：

将所述第一控制指令集和所述第二控制指令集两者的数据字节按照字节相加得到校验码。

3.根据权利要求2所述的机器人信号处理方法，其特征在于，将所述校验码放入所述合并数据包中的步骤，包括：

将所述校验码放在所述合并数据包的最后一位。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的机器人信号处理方法，其特征在于，接收当所述下位机收到所述合并数据包后所分别反馈的所述执行件的第一反馈数据和所述滑台的第二反馈数据的步骤之后，还包括：

S5、对所述第一反馈数据和所述第二反馈数据分别进行校验；

S6、当校验出所述第一反馈数据为真时，通过所述第一反馈数据更新所述执行件的运动数据；

S7、当校验出所述第二反馈数据为真时，通过所述第二反馈数据更新所述滑台的运动数据。

5.根据权利要求4所述的机器人信号处理方法，其特征在于，所述第一反馈数据和所述第二反馈数据均包括校验和码，所述第一反馈数据的校验和码具体为所述第一反馈数据的数据字节的字节之和，所述第二反馈数据的校验和码具体为所述第二反馈数据的数据字节的字节之和。

6.一种机器人信号处理系统，其特征在于，所述机器人信号处理系统应用于上述权利要求1-5任一项所述的机器人信号处理方法，所述机器人信号处理系统包括：

获取单元：用于获取用以控制滑台和执行件运动的运动数据；其中，所述机器人包括机械臂，所述机械臂的末端设有滑台，所述执行件设于所述滑台；

生成单元：用于根据所述运动数据制成合并数据包；

发送单元：用于将所述合并数据包发送至下位机；

接收单元：用于接收当所述下位机收到所述合并数据包后所分别反馈的所述执行件的第一反馈数据和所述滑台的第二反馈数据。

7.一种机器人信号处理装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，所述处理器和所述存储器相连，且所述处理器用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述的机器人信号处理方法的步骤。

8.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求7所述的机器人信号处理装置，所述机器人还包括机械臂，所述机械臂的末端设有滑台，执行件设于所述滑台。