CN115476364A - 搬运机器人控制方法、装置和计算可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种搬运机器人控制方法、装置和计算可读存储介质。该方法包括：获取搬运机器人的初始总负载；检测搬运机器人的初始总负载的变化，以获取搬运机器人的实时总负载；根据搬运机器人的实时总负载，按照相应的参数控制搬运机器人的运动。本申请提供的方案不仅使得搬运机器人能够节省动能，还能使其运行更安全，达到最佳运行性能。

Description

搬运机器人控制方法、装置和计算可读存储介质

技术领域

本申请涉及人工智能领域，尤其涉及搬运机器人控制方法、装置和计算可读存储介质。

背景技术

随着人工智能(Artificial Intelligence，AI)技术的发展，一些赋予了AI的机器人广泛应用于餐饮、医疗和仓储等领域。在应用这些AI机器人时，比较关键之处是能够对机器人进行精确控制，包括何时加速、何时减速以及机器人的平衡等。作为机器人的典型应用，机器人通常会在负载状态下完成任务，例如，搬运货物、送餐、送药等。这种状态下，要求能够对机器人进行精确控制，以使其安全到达目标位置。相关技术中，无论机器人的负载是多少，均使用相同的控制方法，因此会导致机器人的运行性能较差。

发明内容

为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种搬运机器人控制方法、装置和计算可读存储介质，可以提升机器人运行性能。

本申请第一方面提供一种搬运机器人控制方法，包括：

获取所述搬运机器人的初始总负载；

检测所述搬运机器人的初始总负载的变化，以获取所述搬运机器人的实时总负载；

根据所述搬运机器人的实时总负载，按照相应的参数控制所述搬运机器人的运动。

本申请第二方面提供一种搬运机器人控制装置，包括：

获取模块，用于获取搬运机器人的初始总负载；

检测模块，用于检测所述搬运机器人的初始总负载的变化，以获取所述搬运机器人的实时总负载；

控制模块，用于根据所述搬运机器人的实时总负载，按照相应的参数控制所述搬运机器人的运动。

本申请第三方面提供一种电子设备，包括：

处理器；以及

存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法。

本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法。

本申请提供的技术方案可知，本申请的技术方案是在检测搬运机器人的初始总负载的变化后，根据搬运机器人的实时总负载，按照相应的参数控制搬运机器人的运动。与相关技术在搬运机器人的任何状态下都使用相同的控制方法而导致机器人的运行性能较差相比，由于不同的总负载，采用不同的参数控制搬运机器人的运动，因此，本申请的技术方案不仅使得搬运机器人能够节省动能，还能使其运行更安全，达到最佳运行性能。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细地描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是本申请实施例提供的搬运机器人控制方法的流程示意图；

图2是本申请实施例提供的搬运机器人控制装置的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的实施方式。虽然附图中显示了本申请的实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

随着人工智能技术的发展，一些赋予了AI的机器人广泛应用于餐饮、医疗和仓储等领域。在应用这些AI机器人时，比较关键之处是能够对机器人进行精确控制，包括何时加速、何时减速以及机器人的平衡等。作为机器人的典型应用，机器人通常会在负载状态下完成任务，例如，搬运货物、送餐、送药等。这种状态下，要求能够对机器人进行精确控制，以使其安全到达目标位置。相关技术中，无论机器人的负载是多少，均使用相同的控制方法，因此会导致机器人的运行性能较差。

针对上述问题，本申请实施例提供一种搬运机器人控制方法，可以提升机器人运行性能。

以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。

参见图1，是本申请实施例示出的搬运机器人控制方法的流程示意图，主要包括步骤S101至步骤S103，说明如下：

步骤S101：获取搬运机器人的初始总负载。

在本申请实施例中，搬运机器人是指可以搬运一定重量的物品(例如货物、食品、药品或者装载这些物品的容器等)并送达目的位置的机器人，搬运机器人的初始总负载是搬运机器人在初始阶段的总负载。所谓初始阶段，例如可以是搬运机器人接收到系统指令而准备开始运动的阶段。作为本申请一个实施例，获取搬运机器人的初始总负载可以是：扫描搬运机器人在初始阶段的存货单元；根据存货单元上的货物总件数和单件货物平均重量，计算得到搬运机器人的初始总负载。

上述实施例的存货单元可以是搬运机器人身上的背篓等可容纳货物的装置，通常搬运机器人具有在竖直方向上设置的多个背篓。搬运机器人还可以具有可升降的取放货单元，一般称为货叉。例如在仓储系统中，搬运机器人使用货叉从仓库中的多层固定货架取出多个物品分别放在自身的背篓上，或者将多个背篓上的物品取出分别放在货架上。在初始阶段扫描搬运机器人的存货单元时，可以控制货叉升降，使用货叉上的红外光电传感器依次扫描搬运机器人的各个背篓，检测背篓上是否存在货物。为了避免货物叠加遮挡导致计算错误，可以在红外光电传感器扫描时控制其高度，在每一个对应高度扫描一次。当扫描完所有背篓时，统计这些背篓内货物的总件数，将货物的总件数乘以单件货物平均重量得到一个乘积，该乘积作为搬运机器人的初始总负载。在搬运机器人的全部背篓上均不存在货物的情况下，当然机器人的初始总负载为零。

步骤S102：检测搬运机器人的初始总负载的变化，以获取搬运机器人的实时总负载。

作为本申请一个实施例，一种检测搬运机器人的初始总负载的变化，以获取搬运机器人的实时总负载可以是：记录从搬运机器人的存货单元取出或向存货单元添加货物；若从搬运机器人的存货单元取出货物，则将初始总负载减去取出的货物总重量，得到搬运机器人的实时总负载；若向搬运机器人的存货单元添加货物，则将初始总负载加上添加的货物总重量，得到搬运机器人的实时总负载。具体地，向搬运机器人的存货单元添加货物时，可以是搬运机器人从外部抓取货物到货叉，使用货叉上的称重传感器称出货物的重量为m1，搬运机器人的总负载增加m1，货叉将货物放到背篓，负载管理系统中记录下该背篓对应的货物重量为m1，再从外部抓取货物到货叉，使用货叉上的称重传感器称出货物的重量为m2，机器人总负载增加m2，重复上述步骤直至搬运机器人取满货物，此时负载管理系统会记录搬运机器人每个背篓对应的货物重量和货叉内的货物重量，整机负载等于背篓所有货物重量加上货叉内货物重量。从搬运机器人的存货单元取出货物具体可以是搬运机器人从其内部背篓取出货物，从负载管理系统中获取该货物的重量为m1，然后放到外部库位，整机负载减去m1；重复上述过程直至将所有货物都放到外部库位上，整机负载变成零。

在一些实施例中，在取放任务所涉及的物品统一、重量基本相同的情况下，也可以仅记录所取放物品的数量，在取放完成后，通过物品数量和单个物品的重量直接算得总负载。

步骤S103：根据搬运机器人的实时总负载，按照相应的参数控制搬运机器人的运动。

搬运机器人在运动时，相关技术并不考虑其负载情况，即无论搬运机器人是空载还是满载，是负轻载还是负重载，搬运机器人都是按照相同参数控制搬运机器人的运动，这会导致搬运机器人运行性能不良，例如，能耗大、运动不安全，等等。为了解决相关技术的上述问题，在本申请实施例中，根据搬运机器人的实时总负载，按照相应的参数控制搬运机器人的运动。具体地，作为本申请一个实施例，根据搬运机器人的实时总负载，按照相应的参数控制搬运机器人的运动可以是：若搬运机器人的实时总负载在预设负载范围内，则将搬运机器人的行驶速度调整为与预设负载范围相应的速度值或者将搬运机器人的电机输出功率调整为与预设负载范围相应的功率值；按照与预设负载范围相应的速度值或功率值，控制搬运机器人的运动。一般而言，搬运机器人的行驶速度不宜过快，否则，容易出现颠覆事故，然而，行驶速度太慢则影响作业效率。为了平衡效率与安全，可以将预设负载范围与搬运机器人的速度值或搬运机器人的电机输出功率对应起来，若检测到搬运机器人的实时总负载在预设负载范围内，则将搬运机器人的行驶速度调整为与预设负载范围相应的速度值或者将搬运机器人的电机输出功率调整为与预设负载范围相应的功率值。例如，当搬运机器人的实时总负载较小时，可以将搬运机器人的行驶速度调整为与该较小实时总负载对应的速度值，当搬运机器人的实时总负载较大时，可以将搬运机器人的行驶速度调整为与该较大实时总负载对应的速度值；或者，当搬运机器人的实时总负载较小时，可以将搬运机器人的电机输出功率调整为与该较小实时总负载对应的功率值，例如，将搬运机器人的电机输出功率调低，当搬运机器人的实时总负载较大时，可以将搬运机器人的电机输出功率调整为与该较大实时总负载对应的功率值，例如，将搬运机器人的电机输出功率调高，等等。

可以理解的是，无论搬运机器人采用电动、气动还是液压传动，其传动机构和臂之间总会存在一定程度的柔性。上述柔性所造成的变形将导致搬运机器人产生振动(尤其是速度高、负载重的搬运机器人)，而振动问题会制约搬运机器人运动效率、运动精度和使用寿命等，上述实施例中，在按照与预设负载范围相应的功率值控制搬运机器人的运动时，可以获取搬运机器人的状态变量和电机的当前运行状态信息；根据搬运机器人的实时总负载和电机的当前运行状态信息，实时调整反馈增益值；根据状态变量和反馈增益值计算得到电机的力矩补偿值；根据电机的力矩补偿值调整电机的驱动力矩。上述搬运机器人的电机可以是其至少一个活动部件处的电机，相应地，搬运机器人的状态变量可以是其至少一个活动部件处的角速度或角加速度。至于根据搬运机器人的实时总负载和电机的当前运行状态信息，实时调整反馈增益值，可以是根据搬运机器人的实时总负载和电机的当前运行状态信息，查询预先配置的反馈增益调整策略，获取与搬运机器人的实时总负载和电机的当前运行状态信息相匹配的反馈增益值。

考虑到当搬运机器人移动到某处工作时，由于爬坡或者加减速导致忽然失去重心。若无法及时检测到搬运机器人的上述异常，则会对人、物造成伤害，也会对搬运机器人本体产生损害，因此，在上述实施例中，在按照与预设负载范围相应的速度值或功率值控制搬运机器人的运动时，获取搬运机器人的重心和运动状态参量；根据运动状态参量计算重心的力矩矢量和，并根据重心的力矩矢量和计算搬运机器人的位姿补偿值；根据搬运机器人的位姿补偿值调节搬运机器人的姿势和/或运动状态。上述实施例中，根据运动状态参量计算重心的力矩矢量和可以是根据第一运动状态参量判断搬运机器人底盘是否处于匀速运动或静止状态；在判定搬运机器人底盘处于匀速运动或静止状态时，根据第二运动状态参量计算搬运机器人的活动部件在搬运机器人的重心位置产生的力矩矢量和；在判定搬运机器人底盘不处于匀速运动或静止状态时，根据第一运动状态参量计算底盘在搬运机器人的重心位置的惯性力矩、根据第二运动状态参量计算活动部件在搬运机器人的重心位置产生的力矩矢量和，计算惯性力矩和产生的力矩矢量和作为所述合力矩值。

在本申请实施例中，另一种平衡搬运机器人的方法可以是：获取搬运机器人的当前运动状态信息和规划行驶轨迹；根据搬运机器人的当前运动状态信息对规划行驶轨迹进行参数适配调整，得到与当前运动状态信息匹配的期望行驶轨迹；根据搬运机器人的当前运动状态信息和期望行驶轨迹，控制搬运机器人按照期望行驶轨迹保持平衡。至于根据搬运机器人的当前运动状态信息和期望行驶轨迹，控制搬运机器人按照期望行驶轨迹保持平衡，具体可以是：根据搬运机器人的当前运动状态信息，确定搬运机器人在足底、重心和近中部分别趋向于期望行驶轨迹的期望参数；根据搬运机器人的当前运动状态信息以及期望参数，计算搬运机器人满足各项预设需求和动力控制参数分布约束条件的期望驱动参数；按照期望驱动参数对搬运机器人中各活动部件的运行状态进行控制，使搬运机器人按照期望行驶轨迹保持平衡，其中，预设需求包括机器人动力学需求、足底控制需求、重心控制需求和近中部控制需求，等等。

从上述图1示例的搬运机器人控制方法可知，本申请的技术方案是在检测搬运机器人的初始总负载的变化后，根据搬运机器人的实时总负载，按照相应的参数控制搬运机器人的运动。与相关技术在搬运机器人的任何状态下都使用相同的控制方法而导致机器人的运行性能较差相比，由于不同的总负载，采用不同的参数控制搬运机器人的运动，因此，本申请的技术方案不仅使得搬运机器人能够节省动能，还能使其运行更安全，达到最佳运行性能。

参见图2，是本申请实施例示出的搬运机器人控制装置的结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。图2示例的搬运机器人控制装置主要包括获取模块201、检测模块202和控制模块203，其中：

获取模块201，用于获取搬运机器人的初始总负载；

检测模块202，用于检测搬运机器人的初始总负载的变化，以获取搬运机器人的实时总负载；

控制模块203，用于根据搬运机器人的实时总负载，按照相应的参数控制搬运机器人的运动。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不再做详细阐述说明。

从上述图2示例的搬运机器人控制装置可知，本申请的技术方案是在检测搬运机器人的初始总负载的变化后，根据搬运机器人的实时总负载，按照相应的参数控制搬运机器人的运动。与相关技术在搬运机器人的任何状态下都使用相同的控制方法而导致机器人的运行性能较差相比，由于不同的总负载，采用不同的参数控制搬运机器人的运动，因此，本申请的技术方案不仅使得搬运机器人能够节省动能，还能使其运行更安全，达到最佳运行性能。

图3是本申请实施例示出的电子设备的结构示意图。

参见图3，电子设备300包括存储器310和处理器320。

处理器320可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器310可以包括各种类型的存储单元，例如系统内存、只读存储器(ROM)和永久存储装置。其中，ROM可以存储处理器320或者计算机的其他模块需要的静态数据或者指令。永久存储装置可以是可读写的存储装置。永久存储装置可以是即使计算机断电后也不会失去存储的指令和数据的非易失性存储设备。在一些实施方式中，永久性存储装置采用大容量存储装置(例如磁或光盘、闪存)作为永久存储装置。另外一些实施方式中，永久性存储装置可以是可移除的存储设备(例如软盘、光驱)。系统内存可以是可读写存储设备或者易失性可读写存储设备，例如动态随机访问内存。系统内存可以存储一些或者所有处理器在运行时需要的指令和数据。此外，存储器310可以包括任意计算机可读存储媒介的组合，包括各种类型的半导体存储芯片(例如DRAM，SRAM，SDRAM，闪存，可编程只读存储器)，磁盘和/或光盘也可以采用。在一些实施方式中，存储器310可以包括可读和/或写的可移除的存储设备，例如激光唱片(CD)、只读数字多功能光盘(例如DVD-ROM，双层DVD-ROM)、只读蓝光光盘、超密度光盘、闪存卡(例如SD卡、min SD卡、Micro-SD卡等)、磁性软盘等。计算机可读存储媒介不包含载波和通过无线或有线传输的瞬间电子信号。

存储器310上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器320处理时，可以使处理器320执行上文述及的方法中的部分或全部。

此外，根据本申请的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本申请的上述方法中部分或全部步骤的计算机程序代码指令。

或者，本申请还可以实施为一种计算机可读存储介质(或非暂时性机器可读存储介质或机器可读存储介质)，其上存储有可执行代码(或计算机程序或计算机指令代码)，当可执行代码(或计算机程序或计算机指令代码)被电子设备(或服务器等)的处理器执行时，使处理器执行根据本申请的上述方法的各个步骤的部分或全部。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (11)

1.一种搬运机器人控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述搬运机器人的初始总负载；

检测所述搬运机器人的初始总负载的变化，以获取所述搬运机器人的实时总负载；

根据所述搬运机器人的实时总负载，按照相应的参数控制所述搬运机器人的运动。

2.根据权利要求1所述的搬运机器人控制方法，其特征在于，所述获取搬运机器人的初始总负载，包括：

在初始阶段扫描所述搬运机器人的存货单元；

根据所述存货单元上的货物总件数和单件货物平均重量，计算得到所述搬运机器人的初始总负载。

3.根据权利要求1所述的搬运机器人控制方法，其特征在于，所述检测所述搬运机器人的初始总负载的变化，以获取所述搬运机器人的实时总负载，包括：

记录从所述搬运机器人的存货单元取出或向所述存货单元添加货物；

若从所述搬运机器人的存货单元取出货物，则将所述初始总负载减去所取出的货物总重量，得到所述搬运机器人的实时总负载；

若向所述搬运机器人的存货单元添加货物，则将所述初始总负载加上所添加的货物总重量，得到所述搬运机器人的实时总负载。

4.根据权利要求1所述的搬运机器人控制方法，其特征在于，所述根据所述搬运机器人的实时总负载，按照相应的参数控制所述搬运机器人的运动，包括：

若所述搬运机器人的实时总负载在预设负载范围内，则将所述搬运机器人的行驶速度调整为与所述预设负载范围相应的速度值或者将所述搬运机器人的电机输出功率调整为与所述预设负载范围相应的功率值；

按照与所述预设负载范围相应的速度值或功率值，控制所述搬运机器人的运动。

5.根据权利要求4所述的搬运机器人控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

在按照与所述预设负载范围相应的功率值控制所述搬运机器人的运动时，获取所述搬运机器人的状态变量和电机的当前运行状态信息；

根据所述搬运机器人的实时总负载和所述电机的当前运行状态信息，实时调整反馈增益值；

根据所述状态变量和所述反馈增益值计算得到所述电机的力矩补偿值；

根据所述力矩补偿值调整所述电机的驱动力矩。

6.根据权利要求4所述的搬运机器人控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

在按照与所述预设负载范围相应的速度值或功率值控制所述搬运机器人的运动时，获取所述搬运机器人的重心和运动状态参量；

根据所述运动状态参量计算所述重心的力矩矢量和，并根据所述重心的力矩矢量和计算所述搬运机器人的位姿补偿值；

根据所述搬运机器人的位姿补偿值调节所述搬运机器人的姿势和/或运动状态。

7.根据权利要求4所述的搬运机器人控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述搬运机器人的当前运动状态信息和规划行驶轨迹；

根据所述搬运机器人的当前运动状态信息对所述规划行驶轨迹进行参数适配调整，得到与所述当前运动状态信息匹配的期望行驶轨迹；

根据所述搬运机器人的当前运动状态信息和期望行驶轨迹，控制所述搬运机器人按照所述期望行驶轨迹保持平衡。

8.根据权利要求7所述的搬运机器人控制方法，其特征在于，所述根据所述搬运机器人的当前运动状态信息和期望行驶轨迹，控制所述搬运机器人按照所述期望行驶轨迹保持平衡，包括：

根据所述搬运机器人的当前运动状态信息，确定所述搬运机器人在足底、重心和近中部分别趋向于所述期望行驶轨迹的期望参数；

根据所述搬运机器人的当前运动状态信息以及所述期望参数，计算所述搬运机器人满足各项预设需求和动力控制参数分布约束条件的期望驱动参数；

按照所述期望驱动参数对所述搬运机器人中各活动部件的运行状态进行控制，使所述搬运机器人按照所述期望行驶轨迹保持平衡。

9.一种搬运机器人控制装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取搬运机器人的初始总负载；

检测模块，用于检测所述搬运机器人的初始总负载的变化，以获取所述搬运机器人的实时总负载；

控制模块，用于根据所述搬运机器人的实时总负载，按照相应的参数控制所述搬运机器人的运动。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1至8中任意一项所述的方法。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1至8中任意一项所述的方法。

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