CN117850278A - 多模态运动控制系统、方法、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多模态运动控制系统、方法、设备及介质，涉及机器人技术领域，该系统包括：运动控制组件用于接收用户指令及传感器数据，并向资源管理器发送用户指令及传感器数据；资源管理器用于向算法库转发用户指令；算法库用于根据用户指令从多个控制算法中匹配对应的目标控制算法；资源管理器还用于调用目标控制算法，根据目标控制算法及传感器数据，确定初始控制指令；运动控制组件还用于根据初始控制指令，确定第一目标控制指令；向第一电机发送第一目标控制指令。本发明通过将运动控制系统高度组件化，避免了重复开发的繁琐过程，降低了开发成本。

Description

多模态运动控制系统、方法、设备及介质

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种多模态运动控制系统、方法、设备及介质。

背景技术

在机器人运动控制过程中，需要根据不同的需求，切换执行不同的任务，然而，传统的运动控制系统难以适应不同模态的挑战，每更换一个模态或者需要集成新的运动控制算法时，往往需要重新开发或更改系统，开发维护成本大，且难以适应不同的工作环境。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种多模态运动控制系统、方法、设备及介质，旨在实现灵活切换不同的控制模态，节省开发维护成本。本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种多模态运动控制系统，所述系统包括：运动控制组件、资源管理器及算法库，所述算法库存储有多个控制算法，各所述控制算法分别对应不同的运动模态；

所述运动控制组件，用于接收用户指令及传感器数据，并向所述资源管理器发送所述用户指令及所述传感器数据；

所述资源管理器，用于向所述算法库转发所述用户指令；

所述算法库，用于根据所述用户指令从多个所述控制算法中匹配对应的目标控制算法；

所述资源管理器，还用于调用所述目标控制算法，根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定初始控制指令；向所述运动控制组件发送所述初始控制指令；

所述运动控制组件，还用于根据所述初始控制指令，确定第一目标控制指令；向第一电机发送所述第一目标控制指令，所述第一目标控制指令用于控制所述第一电机切换为第一目标运动模态。

在一实施方式中，所述运动控制组件还包括：通信模块，用于将所述初始控制指令封装成所述第一电机可解析的第一数据格式，得到第一目标控制指令。

在一实施方式中，所述通信模块，还用于将所述初始控制指令封装成第二电机可解析的第二数据格式，得到第二目标控制指令，所述第二目标控制指令用于控制所述第二电机切换为第二目标运动模态。

在一实施方式中，所述算法库，还用于检测所述多个控制算法中，是否存在待更新控制算法，若存在，则对所述待更新控制算法进行更新。

在一实施方式中，所述传感器数据包括惯性传感器数据及硬件编码器数据，所述运动控制组件，用于接收所述惯性传感器数据及所述硬件编码器数据，并向所述资源管理器发送所述惯性传感器数据及所述硬件编码器数据。

在一实施方式中，所述初始控制指令包括控制频率及控制方式，所述资源管理器，用于调用所述目标控制算法，并根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定所述控制频率及所述控制方式。

第二方面，本发明提供一种多模态运动控制方法，应用于第一方面所述的多模态运动控制系统，所述方法包括：

运动控制组件接收用户指令及传感器数据，并向资源管理器发送所述用户指令及所述传感器数据；

所述资源管理器向算法库转发所述用户指令；

所述算法库根据所述用户指令从多个控制算法中匹配对应的目标控制算法；

所述资源管理器调用所述目标控制算法，根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定初始控制指令；向所述运动控制组件发送所述初始控制指令；

所述运动控制组件根据所述初始控制指令，确定第一目标控制指令；向第一电机发送所述第一目标控制指令，所述第一目标控制指令用于控制所述第一电机切换为第一目标运动模态。

在一实施方式中，所述运动控制组件根据所述初始控制指令，确定目标控制指令，包括：通信模块将所述初始控制指令封装成所述第一电机可解析的第一数据格式，得到第一目标控制指令。

第三方面，本发明提供一种机器人设备，包括存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行第二方面述的多模态运动控制方法。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时第二方面所述的多模态运动控制方法。

本实施例提供的多模态运动控制系统、方法、设备及介质，通过运动控制组件接收用户指令及传感器数据，并向资源管理器发送所述用户指令及所述传感器数据；所述资源管理器向算法库转发所述用户指令；所述算法库根据所述用户指令从多个控制算法中匹配对应的目标控制算法；所述资源管理器调用所述目标控制算法，根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定初始控制指令；向所述运动控制组件发送所述初始控制指令；所述运动控制组件根据所述初始控制指令，确定第一目标控制指令；向第一电机发送所述第一目标控制指令，所述第一目标控制指令用于控制所述第一电机切换为第一目标运动模态，实现不同运动模态之间的便捷切换。本发明通过将运动控制系统高度组件化，避免了重复开发的繁琐过程，降低了开发成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的多模态运动控制系统的一结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的多模态运动控制系统的一工作示意图；

图3示出了本发明实施例提供的多模态运动控制方法的一流程示意图；

图4示出了本发明实施例提供的机器人设备的一结构示意图。

主要元件符号说明：

100-多模态运动控制系统；101-运动控制组件；102-资源管理器；103-算法库；200-第一电机；400-机器人设备；401-收发机；402-处理器；403-存储器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本发明实施例提供一种多模态运动控制系统，具体的，请参见图1，所述多模态运动控制系统100包括：运动控制组件101、资源管理器102及算法库103，所述算法库103存储有多个控制算法，各所述控制算法分别对应不同的运动模态；

所述运动控制组件101，用于接收用户指令及传感器数据，并向所述资源管理器102发送所述用户指令及所述传感器数据；

所述资源管理器102，用于向所述算法库103转发所述用户指令；

所述算法库103，用于根据所述用户指令从多个所述控制算法中匹配对应的目标控制算法；

所述资源管理器102，还用于调用所述目标控制算法，根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定初始控制指令；向所述运动控制组件101发送所述初始控制指令；

所述运动控制组件101，还用于根据所述初始控制指令，确定第一目标控制指令；向第一电机200发送所述第一目标控制指令，所述第一目标控制指令用于控制所述第一电机200切换为第一目标运动模态。

在本实施例中，为实现多模态运动控制，将运动控制系统组件化，划分为运动控制组件、资源管理器及算法库，通过各组件之间的配合工作，实现灵活切换不同的运动模态。

具体的，请参见图2，用户可以向多模态运动控制系统100发送用户指令，以切换不同的运动模态。运动控制组件101实时监测用户指令及当前的传感器数据，并将用户指令及传感器数据发送给资源管理器102进行存储及处理；资源管理器102向算法库103发送用户指令后，算法库103匹配对应的目标控制算法供资源管理器102调用；资源管理器102会根据存储的传感器数据进行计算，并将计算得到的结果，即初始控制指令发送给运动控制组件101；运动控制组件101将计算结果封装成特定的数据格式后，再发送给电机，从而实现模态切换。

在一实施方式中，所述运动控制组件101还包括：通信模块，用于将所述初始控制指令封装成所述第一电机200可解析的第一数据格式，得到第一目标控制指令。

需要说明的是，传统的控制系统与电机之间通常通过各种通信协议进行数据传输。

在本实施例中，为了简化开发和提高可扩展性，将初始控制指令封装成第一电机200可直接解析的数据格式，避免直接处理底层通信协议的细节，简化了开发过程。

在一实施方式中，所述通信模块，还用于将所述初始控制指令封装成第二电机可解析的第二数据格式，得到第二目标控制指令，所述第二目标控制指令用于控制所述第二电机切换为第二目标运动模态。

在本实施例中，通过通信模块来封装初始控制指令，可以将通信协议的具体实现细节与控制逻辑解耦，当系统需要移植时，只需更改数据的封装模式即可，而无需对整个系统进行修改。例如，将与第一电机200通信的多模态运动控制系统100，切换到与第二电机通信，其中第一电机200可直接解析的数据格式为第一数据格式，第二电机可直接解析的数据格式为第二数据格式，此时，仅需要更改通信模块的数据封装格式即可实现移植。

在一实施方式中，所述算法库103，还用于检测所述多个控制算法中，是否存在待更新控制算法，若存在，则对所述待更新控制算法进行更新。

在本实施例中，由于运动控制系统高度组件化，当需要集成新的控制算法时，只需对原本的算法库103进行更新或是升级即可，避免了传统的运动控制系统重新开发或更改系统的繁琐过程。

在一实施方式中，所述传感器数据包括惯性传感器数据及硬件编码器数据，所述运动控制组件，用于接收所述惯性传感器数据及所述硬件编码器数据，并向所述资源管理器发送所述惯性传感器数据及所述硬件编码器数据。

在本实施例中，运动控制组件101通过多个传感器获取传感器数据，包括惯性传感器数据及硬件编码器数据，其中惯性传感器数据用于实时监测和反馈电机的运动状态；硬件编码器数据用于测量电机转子的旋转角度及位置。

在一实施方式中，所述初始控制指令包括控制频率及控制方式，所述资源管理器，用于调用所述目标控制算法，并根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定所述控制频率及控制方式。

在本实施例中，初始控制指令包括控制频率及控制方式，在其他实施例中，初始控制指令还可包括其他数据，在此不做限制。

本实施例提供的多模态运动控制系统，通过运动控制组件接收用户指令及传感器数据，并向资源管理器发送所述用户指令及所述传感器数据；所述资源管理器向算法库转发所述用户指令；所述算法库根据所述用户指令从多个控制算法中匹配对应的目标控制算法；所述资源管理器调用所述目标控制算法，根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定初始控制指令；向所述运动控制组件发送所述初始控制指令；所述运动控制组件根据所述初始控制指令，确定第一目标控制指令；向第一电机发送所述第一目标控制指令，所述第一目标控制指令用于控制所述第一电机切换为第一目标运动模态，实现不同运动模态之间的便捷切换。本发明通过将运动控制系统高度组件化，避免了重复开发的繁琐过程，降低了开发成本。

实施例2

此外，本发明实施例还提供一种多模态运动控制方法，应用于实施例1所述的多模态运动控制系统，具体的，请参见图3，所述方法包括步骤S301～S305。

步骤S301，运动控制组件接收用户指令及传感器数据，并向资源管理器发送所述用户指令及所述传感器数据；

步骤S302，所述资源管理器向算法库转发所述用户指令；

步骤S303，所述算法库根据所述用户指令从多个控制算法中匹配对应的目标控制算法；

步骤S304，所述资源管理器调用所述目标控制算法，根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定初始控制指令；向所述运动控制组件发送所述初始控制指令；

步骤S305，所述运动控制组件根据所述初始控制指令，确定第一目标控制指令；向第一电机发送所述第一目标控制指令，所述第一目标控制指令用于控制所述第一电机切换为第一目标运动模态。

在一实施方式中，所述运动控制组件根据所述初始控制指令，确定目标控制指令，包括：通信模块将所述初始控制指令封装成所述第一电机可解析的第一数据格式，得到第一目标控制指令。

在一实施方式中，所述方法还包括：所述通信模块将所述初始控制指令封装成第二电机可解析的第二数据格式，得到第二目标控制指令，所述第二目标控制指令用于控制所述第二电机切换为第二目标运动模态。

在一实施方式中，所述方法还包括：所述算法库检测所述多个控制算法中，是否存在待更新控制算法，若存在，则对所述待更新控制算法进行更新。

在一实施方式中，所述传感器数据包括惯性传感器数据及硬件编码器数据，所述运动控制组件接收传感器数据，并向资源管理器发送所述传感器数据，包括接收所述惯性传感器数据及所述硬件编码器数据，并向所述资源管理器发送所述惯性传感器数据及所述硬件编码器数据。

在一实施方式中，所述初始控制指令包括控制频率及控制方式，所述资源管理器，用于调用所述目标控制算法，并根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定所述控制频率及所述控制方式。

本实施例提供的多模态运动控制方法，所述方法包括运动控制组件接收用户指令及传感器数据，并向资源管理器发送所述用户指令及所述传感器数据；所述资源管理器向算法库转发所述用户指令；所述算法库根据所述用户指令从多个控制算法中匹配对应的目标控制算法；所述资源管理器调用所述目标控制算法，根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定初始控制指令；向所述运动控制组件发送所述初始控制指令；所述运动控制组件根据所述初始控制指令，确定第一目标控制指令；向第一电机发送所述第一目标控制指令，所述第一目标控制指令用于控制所述第一电机切换为第一目标运动模态，实现不同运动模态之间的便捷切换。本发明通过将运动控制系统高度组件化，避免了重复开发的繁琐过程，降低了开发成本。

实施例3

此外，本发明实施例提供了一种机器人设备，包括存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行实施例2所提供的多模态运动控制方法。

具体的，请参见图4，所述机器人设备400包括：收发机401、总线接口及处理器402，所述处理器402，用于运动控制组件接收用户指令及传感器数据，并向资源管理器发送所述用户指令及所述传感器数据；所述资源管理器向算法库转发所述用户指令；所述算法库根据所述用户指令从多个控制算法中匹配对应的目标控制算法；所述资源管理器调用所述目标控制算法，根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定初始控制指令；向所述运动控制组件发送所述初始控制指令；所述运动控制组件根据所述初始控制指令，确定第一目标控制指令；向第一电机发送所述第一目标控制指令，所述第一目标控制指令用于控制所述第一电机切换为第一目标运动模态。

在本发明实施例中，机器人设备400还包括：存储器403。在图4中，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器402代表的一个或多个处理器和存储器403代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。收发机401可以是多个元件，即包括发送机和接收机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器402负责管理总线架构和通常的处理，存储器403可以存储处理器402在执行操作时所使用的数据。

本发明实施例提供的机器人设备400，可以执行上述方法实施例2所提供的多模态运动控制方法，为避免重复，在此不再赘述。

实施例4

此外，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例2所提供多模态运动控制方法。

在本实施例中，计算机可读存储介质可以为只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。

本实施例提供的计算机可读存储介质可以实现实施例2所提供的多模态运动控制方法，为避免重复，在此不再赘述。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多模态运动控制系统，其特征在于，所述系统包括：运动控制组件、资源管理器及算法库，所述算法库存储有多个控制算法，各所述控制算法分别对应不同的运动模态；

所述运动控制组件，用于接收用户指令及传感器数据，并向所述资源管理器发送所述用户指令及所述传感器数据；

所述资源管理器，用于向所述算法库转发所述用户指令；

所述算法库，用于根据所述用户指令从多个所述控制算法中匹配对应的目标控制算法；

所述资源管理器，还用于调用所述目标控制算法，根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定初始控制指令；向所述运动控制组件发送所述初始控制指令；

所述运动控制组件，还用于根据所述初始控制指令，确定第一目标控制指令；向第一电机发送所述第一目标控制指令，所述第一目标控制指令用于控制所述第一电机切换为第一目标运动模态。

2.根据权利要求1所述的多模态运动控制系统，其特征在于，所述运动控制组件还包括：

通信模块，用于将所述初始控制指令封装成所述第一电机可解析的第一数据格式，得到第一目标控制指令。

3.根据权利要求2所述的多模态运动控制系统，其特征在于，所述通信模块，还用于将所述初始控制指令封装成第二电机可解析的第二数据格式，得到第二目标控制指令，所述第二目标控制指令用于控制所述第二电机切换为第二目标运动模态。

4.根据权利要求1所述的多模态运动控制系统，其特征在于，所述算法库，还用于检测所述多个控制算法中，是否存在待更新控制算法，若存在，则对所述待更新控制算法进行更新。

5.根据权利要求1所述的多模态运动控制系统，其特征在于，所述传感器数据包括惯性传感器数据及硬件编码器数据，所述运动控制组件，用于接收所述惯性传感器数据及所述硬件编码器数据，并向所述资源管理器发送所述惯性传感器数据及所述硬件编码器数据。

6.根据权利要求1所述的多模态运动控制系统，其特征在于，所述初始控制指令包括控制频率及控制方式，所述资源管理器，用于调用所述目标控制算法，并根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定所述控制频率及所述控制方式。

7.一种多模态运动控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-6中任一项所述的多模态运动控制系统，所述方法包括：

运动控制组件接收用户指令及传感器数据，并向资源管理器发送所述用户指令及所述传感器数据；

所述资源管理器向算法库转发所述用户指令；

所述算法库根据所述用户指令从多个控制算法中匹配对应的目标控制算法；

所述资源管理器调用所述目标控制算法，根据所述目标控制算法及所述传感器数据，确定初始控制指令；向所述运动控制组件发送所述初始控制指令；

所述运动控制组件根据所述初始控制指令，确定第一目标控制指令；向第一电机发送所述第一目标控制指令，所述第一目标控制指令用于控制所述第一电机切换为第一目标运动模态。

8.根据权利要求7所述的多模态运动控制方法，其特征在于，应用于权利要求2所述的多模态运动控制系统，所述运动控制组件根据所述初始控制指令，确定目标控制指令，包括：

通信模块将所述初始控制指令封装成所述第一电机可解析的第一数据格式，得到第一目标控制指令。

9.一种机器人设备，其特征在于，包括存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行权利要求7或8所述的多模态运动控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求7或8所述的多模态运动控制方法。