CN115062742A

CN115062742A - 无网络下自主机器人与工作机器间通信方法、设备和介质

Info

Publication number: CN115062742A
Application number: CN202210983969.XA
Authority: CN
Inventors: 李卫铳
Original assignee: Guangzhou Ligong Industrial Co ltd
Current assignee: Guangzhou Ligong Industrial Co ltd
Priority date: 2022-08-17
Filing date: 2022-08-17
Publication date: 2022-09-16
Anticipated expiration: 2042-08-17
Also published as: CN115062742B

Abstract

本发明公开了一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法、设备和介质，方法包括以下步骤：根据自主机器人ID生成第一二维码；将第一二维码展示于工作机器的扫描框中，令工作机器识别自主机器人；自主机器人接收工作机器的操作请求并执行与操作请求对应的操作内容。本发明通过二维码完成自主机器人与工作机器的数据交互，解决了无网络环境（信号屏蔽环境）下自主机器人与工作机器无法通信的问题；同时使用的二维码具有人不可识别，机器可以识别特性，有良好保密效果。本发明会根据不同的操作指令建立不同的二维码以完成数据交互，保障了通信的及时化和有效化，有较强的时效性。

Description

无网络下自主机器人与工作机器间通信方法、设备和介质

技术领域

本发明涉及自主机器人控制领域，尤其是一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法、设备和介质。

背景技术

目前自主机器人在承担物料转运、配送、上下料等流程性工作的同时，还能替代人工完成一些简单、繁琐的流水线作业。随着智能制造的深入发展，制造业工厂和仓库对柔性物流的需求不断上涨，而自主机器人可以更好的满足这部分需求。例如自主机器人避开人或障碍物自由移动，从仓库货架提取物料，并将其搬运到生产线机台，自主替换机台的加工工件，这就是一个非常典型的应用场景，而如果使用其他类型机器人的话，需要多台并配以人工才能完成一样的工作。

这里的多个场景都因为需要用到自主机器人和所需协作机器之间的无线通信，例如当自主机器人去到数控设备，需要通信后，数控设备的门才可以打开，并松开夹具，以便自主机器人更换工件，并最终夹紧工件，关门，继续生产，于此同时，还需要记录拿走的是什么工件，是第几件等等信息，这些信息的通信目前都是基于无线网络，如内部无线局域网或者移动通信网络4G或5G来解决，对于保密信息要求高的场所，无线网络的安全性要求很高，导致自主机器人无法使用。

发明内容

有鉴于此，为了解决无网络环境下自主机器人的使用问题，本发明提供一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法、设备和介质。

本发明的第一方面提供了一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法，包括以下步骤：

根据自主机器人ID生成第一二维码；

将第一二维码展示于工作机器的扫描框中，令工作机器识别自主机器人；

自主机器人接收工作机器的操作请求并执行与操作请求对应的操作内容。

进一步地，所述自主机器人ID，根据自主机器人属性信息生成；所述第一二维码在生成后会与自主机器人ID关联存储于本地服务器中。

进一步地，所述工作机器识别自主机器人，具体包括以下步骤：

工作机器定期自本地服务器中获取自主机器人ID和第一二维码的关联信息；

通过比较扫描的第一二维码和获取的第一二维码，确定与第一二维码对应的自主机器人ID；

根据自主机器人ID确定向自主机器人发送的操作请求。

进一步地，所述自主机器人接收工作机器的操作请求，具体包括以下步骤：

工作机器展示第二二维码，所述第二二维码中记录了工作机器的操作请求；

自主机器人扫描第二二维码，读取工作机器的操作请求。

进一步地，所述第二二维码中记录的操作请求具体包括工单号、工件号、工件数量、加工设备编号、工序名称、工序代码和工序号。

进一步地，所述自主机器人执行与操作请求对应的操作内容，具体包括以下步骤：

自主机器人根据与操作请求对应的操作内容执行目标动作；

目标动作完成后，将第三二维码展示于工作机器的扫描框中；

工作机器扫描第三二维码，判断操作工序是否全部完成；

若操作工序没有全部完成，则自未完成的操作工序中提取形成新的操作请求，返回自主机器人根据与操作请求对应的操作内容执行目标动作这一步骤；

若操作工序已经全部完成，则工作机器展示第四二维码；自主机器人扫描第四二维码后，结束与工作机器的通信。

进一步地，在所述自主机器人执行与操作请求对应的操作内容时，如果自主机器人的电池剩余电量低于预设阈值，执行以下步骤：

自主机器人向工作机器展示第五二维码，所述第五二维码中记录了操作内容未完成的信息；

工作机器扫描第五二维码后，中止操作请求的发送并展示第六二维码，所述第六二维码中记录了自主机器人所对应充电桩的位置；

自主机器人扫描第六二维码后，前往对应充电桩完成电池电量的补充；

当电池电量补满后，自主机器人继续接收工作机器的操作请求并执行与操作请求对应的操作内容。

进一步地，所述自主机器人前往最近邻充电桩完成电池电量的补充，具体包括以下步骤：

自主机器人连接充电接口，并向充电桩的扫描框展示第一二维码和第七二维码；

充电桩扫描第一二维码后，确认自主机器人的ID；充电桩扫描第七二维码后，确认自主机器人的剩余电量；充电桩通过自主机器人ID获取电池额定容量，通过电池额定容量和剩余电流计算出自主机器人充满电所需电量；

充电桩通过充电接口向自主机器人提供与自主机器人充满电所需电量相等的电量输入；

当充电接口不再有电量流入时，自主机器人完成电池电量的补充，返回工作机器处。

本发明的第二方面公开了一种设备，包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序；

所述处理器执行所述程序实现一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法。

本发明的第三方面公开了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法。

本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前面的方法。

本发明具有如下有益效果：本发明通过二维码完成自主机器人与工作机器的数据交互，解决了无网络环境（信号屏蔽环境）下自主机器人与工作机器无法通信的问题；同时使用的二维码具有人不可识别，机器可以识别特性，有良好保密效果。本发明会根据不同的操作指令建立不同的二维码以完成数据交互，保障了通信的及时化和有效化，有较强的时效性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的无网络下自主机器人与工作机器间通信方法的主要流程图；

图2示出了本发明自主机器人及服务器的后端数据库中的示例列表图；

图3示出了本发明工作机器所展示操作请求与对应二维码的示例列表图

图4示出了本发明自主机器人所展示完成操作请求与对应二维码的示例列表图；

图5示出了根据本发明实施例的自主机器人和工作机器间通信和同步的流程示意图；

图6示出了根据本发明实施例的自主机器人与工作机器、服务器及充电桩的总体数据交互流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

目前在自主移动机器人（AMR，Autonomous Mobile Robot）的技术逐步成熟，越来受到不同场景的广泛推广使用，其中自主移动机器人的通信主要是通过无线网络为主要手段，这也是因为自主移动机器人的高移动性和不需地面导轨引导所致，这也给一些特殊的应用场景带来了技术挑战，如需要对使用场地信息保密要求高的，用无线网络的通信手段则不足够安全，故而限制了自主移动机器人在保密要求高的场所使用。

为了解决无网络环境下自主机器人的控制问题，本实施例介绍了一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1.根据自主机器人ID生成第一二维码；

S2.将第一二维码展示于工作机器的扫描框中，令工作机器识别自主机器人；

S3.自主机器人接收工作机器的操作请求并执行与操作请求对应的操作内容。

本实施例中，第一二维码是用于表征自主机器人身份信息的二维码，通过自主机器人ID生成。自主机器人ID是当自主机器人在本地服务器中注册时，由本地服务器根据自主机器人的属性信息编写相应的自主机器人ID，并下发给自主机器人的，属性信息可以包括自主机器人的功能、功耗、电池容量、高度、移动速度等。可选地，不同类型的自主机器人可以得到不同类型的编号，如针对装载机械臂，可进行夹持、举升操作的自主机器人编写自主机器人ID为TaskDo10001；针对承担运输工作的自主机器人编写自主机器人ID为TaskGo10002；针对装载化学制品进行喷涂工作的自主机器人编写自主机器人ID为TaskSpray10003等。本发明所支持的自主机器人类型不仅限于前述几种，而是支持包括搬运机器人、焊接机器人、装配机器人、加工机器人、喷涂机器人、清洁机器人、协作机器人在内的全工业流程自主机器人。自主机器人完成注册后得到专属的自主机器人ID，会根据自主机器人ID生成对应的第一二维码。

本实施例以针对装载机械臂，可进行夹持、举升操作的自主机器人为例，所生成的自主机器人及服务器的后端数据库中的示例列表如图2所示。图2中示出了每个自主机器人的自主机器人ID、对应充电桩、末端执行器编号和所生成的第一二维码。其中充电桩是指与自主机器人适配的充电桩，用于向自主机器人充电；不同自主机器人所对应的充电桩可以相同也可以不同，具体根据实际需要设定。末端执行器是指自主机器人与环境相互作用的最后执行部件；如夹持手、喷嘴、螺丝批等；本地服务器中会针对不同的末端执行器给予不同的编号，以标定自主机器人的具体功能类型，同一个自主机器人可以搭载一个末端执行器，也可以搭载多个末端执行器，具体根据实际需要设定。

由于本实施例中自主机器人需要在无网络环境下工作，因此自主机器人生成第一二维码后，需要将第一二维码和自主机器人ID关联存储于本地服务器中。其中，由于自主机器人在进入无网络环境即无法与本地服务器通信，因此步骤S1是在自主机器人进入无网络环境前完成的。在自主机器人离开无网络环境之前，其第一二维码都是不可变更的；因此本实施例中第一二维码是自主机器人的唯一识别方式。

步骤S2中，工作机器识别自主机器人，具体包括以下步骤：

S2-1.工作机器定期自本地服务器中获取自主机器人ID和第一二维码的关联信息；

S2-2.通过比较扫描的第一二维码和获取的第一二维码，确定与第一二维码对应的自主机器人ID；

S2-3.根据自主机器人ID确定向自主机器人发送的操作请求。

本实施例中，工作机器和本地服务器通过有线网络连接，因此在无网络环境下，工作机器也可以定期自本地服务器获取更新的自主机器人ID和第一二维码的关联信息。工作机器获取自主机器人ID后，查询自主机器人的属性信息，确定操作工序中由自主机器人负责的操作内容；并形成一个或多个操作请求，依工序向自主机器人派发。

步骤S3中，自主机器人接收工作机器的操作请求，具体包括以下步骤：

S3-1.工作机器展示第二二维码，所述第二二维码中记录了工作机器的操作请求；

S3-2.自主机器人扫描第二二维码，读取工作机器的操作请求。

步骤S3-1中，第二二维码中记录的操作请求具体包括工单号、工件号、工件数量、加工设备编号、工序名称、工序代码和工序号。下面以具体示例的方式说明工作机器所展示第二二维码的生成过程

以数控铣床加工零件为示例，本示例中，有2款零件加工，分别图号是ABC123和EFG456，具体如表1所示：

表1

工单号

工件号

数量

加工设备编号

工序名称

工序代码

工序号

1

SC10001

ABC123

100

M1

正面加工

J001

1

2

SC10002

ABC123

100

M2

反面加工

J002

2

3

SC10003

EFG456

50

M3

正面加工

J001

1

4

SC10004

EFG456

50

M4

反面加工

J002

2

表1中工件ABC123的第一道工序加工是在M1，需要100件，工序代码是J001，工序号为1，构成了一个SC10001-ABC123-100-M1-J001-1的字符串。其中工单号是流水号，具备唯一性。同时，因为生产工序，生产设备未必一致，所以，上述字符串不是绝对唯一的。

工作机器会将SC10001-ABC123-100-M1-J001-1以文本方式输入自带的二维码生成器中，即可生成一个示出了操作请求所需包含全部内容的第二二维码，如图3所示。

步骤S3中，自主机器人执行与操作请求对应的操作内容，具体包括以下步骤：

S3-3.自主机器人根据与操作请求对应的操作内容执行目标动作；

S3-4.目标动作完成后，将第三二维码展示于工作机器的扫描框中；

S3-5.工作机器扫描第三二维码，判断操作工序是否全部完成；

S3-6.若操作工序没有全部完成，则自未完成的操作工序中提取形成新的操作请求，返回自主机器人根据与操作请求对应的操作内容执行目标动作这一步骤；

S3-7.若操作工序已经全部完成，则工作机器展示第四二维码；自主机器人扫描第四二维码后，结束与工作机器的通信。

步骤S3中，自主机器人读取第二二维码，可以解析得到所需完成的操作内容，进而执行目标动作以完成操作内容。目标动作完成之后，自主机器人会会生成第三二维码，第三二维码用于表示自主机器人ID和操作内容执行结果。由于工作机器可能同时给多台自主机器人派发操作请求，因此在自主机器人所展示的第三二维码中需要包含自主机器人的身份信息以确定具体的操作请求。自主机器人展示第三二维码的具体示例参考图4。图4中TaskDo10001代表自主机器人ID、DONE代表已完成操作内容，NG代表未完成操作内容。

本实施例中操作请求包括开/关门请求，当自主机器人接收到开/关门请求后，完成开/关门动作，生成开/关门成功信息记录在第三二维码中。

本实施例中操作请求包括夹具使用请求，当自主机器人接收到夹具使用请求后，控制机械臂上夹具完成既定动作，如上下料更换、物料举升等，生成夹具使用成功信息记录在第三二维码中。

本实施例中操作请求包括其他工作设备的启/停请求，当自主机器人接收到其他工作设备的启/停请求时，移动至其它工作设备处启动/停止其它工作设备，生成其它工作设备处启/停成功信息并记录在第三二维码中。

可选地，在工作机器扫描到第三二维码之前，可以再次与本地服务器通信确认第三二维码的有效性，具体通过比对第三二维码中包含的自主机器人ID完成。

本实施例中，当自主机器人展示第三二维码后，如果工作机器中的操作工序没有全部完成，则工作机器会形成新的第二二维码供自主机器人扫描，自主机器人扫描到新的第二二维码可以接收到新的操作请求，并完成新的目标动作。

本实施例中，当自主机器人完成工作机器的全部操作工序后，工作机器会展示第四二维码，第四二维码用于表达工序完成的指示。自主机器人扫描到第四二维码后，会结束与当前工作机器的数据交互，执行其它工作机器的操作工序。

如图5所示，为一个示例性的自主机器人与工作机器数据交互流程，首先，自主机器人显示用于表示身份的第一二维码；工作设备扫描到第一二维码后，会与本地服务器通信确认二维码的有效性，控制工作设备的启停，获取所要完成的操作工序；工作机器获取操作工序后，形成操作请求对应的第二二维码；自主机器人扫描第二二维码后，完成与操作请求对应的目标动作，如CNC（Computer numerical control，数控机床）的工件更换等，完成后展示第三二维码；工作机器扫描第三二维码后，与本地服务器通信确认二维码有效性，同时工作机器执行由自身完成的操作工序；如果仍有需要自主机器人完成的操作工序，则形成新的操作请求和对应的第二二维码供自主机器人往复执行；如果需要自主机器人完成的操作工序已全部完成，则工作机器展示第四二维码，自主机器人扫描第四二维码后，结束与当前工作机器的数据交互，执行其它操作，如充电等。

在一部分实施例中，自主机器人执行与操作请求对应的操作内容时，可能出现电量不足的问题。如果继续执行操作可能导致自主机器人停机，造成工作过程中的阻碍。因此如果自主机器人的电池剩余电量低于预设阈值，执行以下步骤：

S4-1.自主机器人向工作机器展示第五二维码，所述第五二维码中记录了操作内容未完成的信息；

S4-2.工作机器扫描第五二维码后，中止操作请求的发送并展示第六二维码，所述第六二维码中记录了自主机器人所对应充电桩的位置；

S4-3.自主机器人扫描第六二维码后，前往对应充电桩完成电池电量的补充；

S4-4.当电池电量补满后，自主机器人继续接收工作机器的操作请求并执行与操作请求对应的操作内容。

步骤S4中，第五二维码用于向工作机器传达中止动作的提示。由于操作请求被中止，因此自主机器人执行的所有未完成的操作将被复位。工作机器会展示第六二维码，第六二维码用于向自主机器人传达其自主机器人ID所对应充电桩的位置。

步骤S4-3中，自主机器人前往最近邻充电桩完成电池电量的补充，具体包括以下步骤：

S4-3-1.自主机器人连接充电接口，并向充电桩的扫描框展示第一二维码和第七二维码；

S4-3-2.充电桩扫描第一二维码后，确认自主机器人的ID；充电桩扫描第七二维码后，确认自主机器人的剩余电量；充电桩通过自主机器人ID获取电池额定容量，通过电池额定容量和剩余电流计算出自主机器人充满电所需电量；

S4-3-3.充电桩通过充电接口向自主机器人提供与自主机器人充满电所需电量相等的电量输入；

S4-3-4.当充电接口不再有电量流入时，自主机器人完成电池电量的补充，返回工作机器处。

步骤S4-3中，为了保证自主机器人在紧急情况下的电量储备，预设阈值可选设为25%额定容量。充电桩与本地服务器通过有线网络连接，当自主机器人回到充电桩后，充电桩会向本地服务器反馈自主机器人回到充电桩的信息。本地服务器向充电桩传输自主机器人ID对应的额定电量；同时充电桩通过第七二维码获取自主机器人的剩余电量，计算得到自主机器人充满电所需电量。自主机器人通过充电接口获取充电桩的电量输入，当电量输入值达到充满电所需电量值时，充电桩会主动切断电量供应。当自主机器人检测到没有电量流入时，接触与充电桩充电接口的连接关系，同时计算电池的剩余电量。如果电池电量处于满值状态，则判断充电已完成，如果电池电量距离满值差距较大（如85%），则再次向充电桩的扫描框展示第一二维码和第七二维码，进行新一轮充电过程。

可选地，在自主机器人充电过程中，可以通过充电桩连接本地服务器，向本地服务器传输当前完成/已完成的操作内容。本地服务器与工作机器所发出的操作请求进行核对，可以完成操作工序的整体闭环管控。

在一部分实施例中，当工作机器执行由自身完成的操作工序时，也可展示第四二维码，自主机器人扫描第四二维码后，结束与当前工作机器的数据交互。当工作机器完成操作工序时，通过与本地服务器连接的充电桩向自主机器人发送新的操作请求，自主机器人接收到新的操作请求后返回工作机器位置，继续完成其它操作请求。基于本实施例的整体流程示意图可参考图6。

本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图1所示的方法。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据自主机器人ID生成第一二维码；

2.根据权利要求1所述的一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法，其特征在于，所述自主机器人ID，根据自主机器人属性信息生成；所述第一二维码在生成后会与自主机器人ID关联存储于本地服务器中。

3.根据权利要求2所述的一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法，其特征在于，所述工作机器识别自主机器人，具体包括以下步骤：

根据自主机器人ID确定向自主机器人发送的操作请求。

4.根据权利要求1所述的一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法，其特征在于，所述自主机器人接收工作机器的操作请求，具体包括以下步骤：

自主机器人扫描第二二维码，读取工作机器的操作请求。

5.根据权利要求4所述的一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法，其特征在于，所述第二二维码中记录的操作请求具体包括工单号、工件号、工件数量、加工设备编号、工序名称、工序代码和工序号。

6.根据权利要求1所述的一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法，其特征在于，所述自主机器人执行与操作请求对应的操作内容，具体包括以下步骤：

自主机器人根据与操作请求对应的操作内容执行目标动作；

工作机器扫描第三二维码，判断操作工序是否全部完成；

7.根据权利要求1所述的一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法，其特征在于，在所述自主机器人执行与操作请求对应的操作内容时，如果自主机器人的电池剩余电量低于预设阈值，执行以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种无网络下自主机器人与工作机器间通信方法，其特征在于，所述自主机器人前往最近邻充电桩完成电池电量的补充，具体包括以下步骤：

9.一种设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序；

所述处理器执行所述程序实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。