CN212020775U - 机器人的多级传感器决策控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种机器人的多级传感器决策控制系统，采用第一级传感器单元获取机器人和目标物体之间的距离或位置关系数据并根据分析判断进行一级运动控制；通过第二级传感器单元感测数据反馈可以实现对目标物体的精准操作。第一级传感器单元可采用3D图像传感器装置，第二级传感器单元可以采用压力传感器或者3D图像传感器与压力传感器等多种传感器的组合设置。本系统实现方案还可以设计为包括三级传感器单元，以进一步获得机器人和目标物体之间更精准的距离或位置关系数据。本实用新型专利所提出的技术方案能有效提高机器人应用过程中的运动控制和操作控制的效率和精准度，适用于多领域的机器人设计。

Description

机器人的多级传感器决策控制系统

技术领域

本实用新型涉及人工智能技术应用领域，尤其涉及一种机器人应用中基于多级传感器决策控制的系统实现方案。

背景技术

随着人工智能技术的发展，机器人应用越来越广泛，逐渐进入日常工作和生活的多个领域。例如工业类型机器人，智能行走类型机器人，导航类型机器人，以及其他多类型的机器人应用。在一些应用中，例如机器人避障系统，通常采用在移动机器人头部位置设有一个或多个图像传感器装置用以采集当前环境中物体的图像信息，在具体应用中通常可以采用3D图像传感器来获取机器人和应用环境中障碍物的三维图像数据以获取障碍物和机器人之间的位置关系数据，机器人在行走过程中根据获取的位置数据进行移动操作或者对障碍物进行躲避。

某些应用领域的机器人需要根据设定对具体的设备或装置实现操作控制，例如工业生产线上通过PLC（Program Logic Control，可编程逻辑控制器）实现机器人的自动化精准控制过程。在其他不同应用领域中，机器人需要在动态环境中进行活动并需要对环境中的某个目标物体进行操作，例如机器人在应用场景中移动至某一位置后，对目标物体进行抓取或者对设备开关进行操作等。这样既需要对场景中的目标物体数据进行有效采集，同时需要对目标物体进行精确的控制。申请公开号为CN 109048909A，名称为“机器人感知装置及系统”的实用新型专利中公开了一种实时采集机器人所观察的目标物体的多个参数数据使机器人获得认知能力，根据不同的目标物体，在不同的位置和维度以合适的力量进行抓取或实现装配检测。本专利方案采用认知模块获取目标物体的信息，认知模块包括图像采集的视觉单元和包括压力传感器、位移传感器等的触觉单元来获取目标物体的信息实时传送到机器人的控制模块，根据控制信号来实现具体的抓取操作过程。本专利方案适于机器人前端或固定于无遮挡的目标物体的操作，并且机器人的位置范围受限，对于动态环境中的目标物体操作以及机器人的运动控制带来限制。

本实用新型基于当前机器人在应用中对目标物体的识别及操作控制精确性和效率不够高，应用范围受到限制等上述多种问题，提出一种创新的多级传感器决策控制系统，满足机器人的多领域应用。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种机器人的多级传感器决策控制系统，采用两级传感器单元分级控制的实现方式，该系统包括：

第一级传感器单元，包括一个或多个传感器装置，用于采集场景中目标物体的三维影像数据；

第二级传感器单元，设置在机器人的智能机械操作单元上，通过第二级传感器单元获得智能机械操作单元与目标物体之间的感测数据；

数据处理单元，分别对第一级传感器单元和第二级传感器单元所感测的数据进行计算和分析处理；

中央控制处理单元，对各功能单元进行控制；

可选的，第一级传感器单元为3D图像传感器装置，可以采用TOF传感器、结构光传感器或双目立体视觉传感器中的一种或几种，优选采用TOF传感器（Time of Flight，光飞行时间），采集目标物体的三维图像数据以获得机器人和目标物体之间距离或位置关系数据；第一级传感器单元的3D传感器装置可以设置在机器人的头部或前端位置，便于有效采集目标物体的三维图像数据；

可选的，第二级传感器单元包括压力传感器、扭矩传感器、温度传感器中的一个或多个，或者是3D图像传感器与压力传感器、扭矩传感器、温度传感器中的一个或多个的组合设置；第二级传感器单元可以设置在与目标物体相接触并对目标物体进行操作控制的智能机械结构单元上，如设置在对目标物体进行操作的机器人的手指、手掌、脚背、身体周围上等；

可选的，第一级传感器单元和第二级传感器单元中3D图像传感器装置设计采用高帧率图像输出模式；

可选的，第一级传感器单元或第二级传感器单元中采集机器人和目标物体的三维影像数据的装置为3D图像传感器或激光雷达中的一种；

进一步地，数据处理单元对第一级传感器单元采集的三维影像数据进行处理，获得机器人和目标物体之间的距离或位置关系数据并进行分析判断，中央控制处理单元根据分析判断结果对机器人进行一级运动控制；

进一步地，在一级运动控制过程中，根据第一级传感器单元获得的距离或位置关系数据反馈，一次或多次对机器人进行运动控制，逐渐逼近预先设定的初级距离或位置关系，或者是预先设定的距离或位置的范围；

进一步地，该系统可以包括一个级间控制单元，可以根据应用设定对第一级传感器单元和第二级传感器单元进行运行过程控制，以顺利实现第一级传感器单元和第二级传感器单元之间切换；

进一步地，中央控制处理单元根据第二级传感器单元感测的数据进行二级运动控制，或者对目标物体进行操作控制；根据第二级传感器单元的传感器设置，上述的感测数据可以包括智能机械结构单元与目标物体之间接触的压力数据、扭矩数据，或者还可以包括通过第二级传感器单元中的3D图像传感器获得的智能机械结构单元与目标物体之间的距离或位置关系数据；二级运动控制的精度优于一级运动控制，以便于获得更精确的数据；在二级运动控制过程中，根据第二级传感器单元获得感测数据反馈，可以一次或多次对所述机器人进行运动控制，逐渐逼近确定的可操作的距离或位置关系；

进一步的，一级运动控制、二级运动控制包括移动控制和/或转动控制，如位移调整或方位调整。

本实用新型还提供一种机器人的多级传感器决策控制系统，采用三级传感器单元设置的实现方式，该系统包括：

第一级传感器单元，采集场景中目标物体的三维影像数据；

第二级传感器单元，与第一级传感器单元设置于机器人的不同部位，进一步采集场景中目标物体的三维影像数据；

第三级传感器单元，设置于机器人的智能机械操作单元上，通过第三级传感器单元获得智能机械操作单元与目标物体之间的感测数据；

数据处理单元，对第一级传感器单元、第二级传感器单元、第三级传感器单元获得的数据分别进行处理和分析判断；

中央控制处理单元，对各单元进行控制处理；

可选的，第一级传感器单元和第二级传感器单元为3D图像传感器装置，可以采用TOF传感器、结构光传感器或双目立体视觉传感器中的一种或几种；第一级传感器单元的3D图像传感器优选设计为TOF传感器，设置在机器人的头部或前端位置；第二级传感器单元的3D图像传感器优选采用结构光设计的3D图像传感器或双目立体视觉图像传感器，设置于机器人的本体机械结构部件上，如可以设置在机器人的机械臂、机械手、机械脚、背部等；

可选的，第三级传感器单元包括压力传感器、扭矩传感器、温度传感器中的一个或多个，或者为3D图像传感器与上述压力传感器、扭矩传感器、温度传感器中的一个或多个的组合设置；第三级传感器单元可以设置在与目标物体相接触并对目标物体进行操作控制的智能机械结构单元上；

进一步地，中央控制处理单元根据第一级传感器单元获得的机器人和目标物体之间的距离或位置关系数据分析判断结果进行一级运动控制；根据第二级传感器单元获得的进一步的距离或位置关系数据分析判断结果进行二级运动控制；根据第三级传感器单元获得的感测数据分析判断结果进行三级运动控制，或者对目标物体进行操作控制；

进一步地，本系统还可以设计包含有第一级间控制单元，控制第一级传感器单元和第二级传感器单元的运行，顺利实现这两级传感器单元之间的平顺切换；系统还可以设计包含有第二级间控制单元，控制第二级传感器单元和第三级传感器单元的运行，顺利实现这两级传感器单元之间的平顺切换；

进一步地，三级运动控制的精度优于二级运动控制的精度，二级运动控制的精度优于一级运动控制的精度；

进一步地，一级运动控制，二级运动控制，以及三级运动控制过程均采用闭环反馈的控制实现方式。

本实用新型提出的机器人的多级传感器决策控制系统采用多级传感器单元设置及多级闭环反馈的实现方式，能够快速、精准地实现机器人对应用场景中目标物体的识别并获取与目标物体之间准确的位置关系数据，同时能够分级高效、精准地实现对目标物体的运动控制和操作控制过程。本实用新型技术实现方案适用于多种领域中的机器人设计和应用，能够满足多应用场景中机器人对目标物体的精确操作。

附图说明

图1 为本实用新型第一实施例多级传感器决策控制系统结构示意图；

图2 为本实用新型第一实施例多级传感器决策控制系统实现过程基本流程图；

图3 为本实用新型第二实施例多级传感器决策控制系统结构示意图；

图4 为本实用新型第二实施例多级传感器决策控制系统实现过程基本流程图；

图5 为本实用新型给出的多级传感器决策控制系统的一个应用示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型所提供的多个附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。本领域技术人员可以理解的是，此处所记载的实施例是本实用新型能够实现的实施例中的一部分，并非穷尽全部实施例。其他多个可实现本实用新型技术方案的应用实施例也属于本实用新型所保护的内容范围内。在本专利说明书中“一个实例”， “一个实施例”或者“一个应用例”指的是结合实例中描述的特定特征、结构或特性包含于本实用新型的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书在不同位置中出现 短语“在一个实例中”，“在一个实施例中” 或“在一个应用例中”未必都是指同一个实例。此外，在一个或多个实例中，特定特征、结构或特性可以任何合适方式组合。

以下结合本实用新型给出的多个附图，对本实用新型技术方案进行详细的说明。在本实用新型以下多个具体实施例的内容描述中，所采用的具体应用实施例是为了示例说明的目的，应当理解其并非对本专利所提出的实用新型方案构成限制。图1是本实用新型给出的第一实施例中机器人的多级传感器决策控制系统结构示意图。如图1中所示，多级传感器决策控制系统100主要包括中央控制处理单元101，对系统的各功能单元进行控制处理。机器人的第一级传感器单元102采集应用场景中目标物体的三维影像数据，通过数据处理单元104对获取的数据进行计算分析处理，获得目标物体和机器人之间的距离或位置关系数据。中央控制处理单元101根据上述数据的分析判断结果来控制第一级传感器单元102进行一级运动控制，对机器人进行移动或转动调整操作，目的是实现机器人根据预设的操作位置快速、精准地接近目标物体。第二级传感器单元103可以根据应用设置于和目标物体接触的机器人的智能机械结构单元105上，以便于根据第二级传感器单元103反馈的数据，例如距离数据、压力数据或温度数据等，由中央控制处理单元101来控制机器人进行二级运动控制或者对目标物体进行操作。本系统实用新型第一实施例中，第一级传感器单元102和第二级传感器单元103之间还可以设置一个级间控制单元，实现两级传感器单元间平顺切换和控制；第二级传感器单元103根据感测数据反馈通过机器人的智能机械结构单元105，例如机械手，快速、精确地实现对目标物体的具体操作。本实用新型提出的多级传感器决策控制系统结构设计简单，运动控制过程效率高，反馈控制精准度高且速度快，适于多种机器人应用领域。

图2是本实用新型给出的第一实施例的多级传感器决策控制系统实现过程基本流程图，结合图1中的系统结构示意图，对第一实施例的多级传感器的决策控制系统实现过程进行详细的说明：

S201：首先启动第一级传感器单元102，获取应用场景中目标物体的三维影像数据：

第一级传感器单元102根据具体应用采用一个或者多个3D图像传感器装置，设置于机器人装置的头部或前端部位，主要目的是为了有效采集机器人视野范围内目标物体的三维图像数据，从而确定目标物体的具体位置。本实施例方案不限定第一传感器单元102仅设计为3D图像传感器装置，还可以根据应用采用激光雷达装置，通过发射激光束来探测目标物体，同样可获得目标物体的位置关系数据。

在一个应用例中，第一级传感器单元102可以采用TOF传感器，设计采用高帧率图像输出模式，例如1000fps。TOF传感器对于距离机器人相对较远的目标物体的识别和数据采集过程处理速度快，效率较高。数据处理单元104对第一级传感器单元102获取的数据进行处理和分析，通过计算可以得出目标物体和机器人之间具体的距离或位置关系数据。通过第一级传感器单元102可以获得机器人和目标物体之间的距离或位置关系数据。

根据上述第一级传感器单元102获得的距离或位置关系数据进行判断，如果当前距离或位置关系数据尚未达到机器人预先设定的初级位置关系数据（或设定的数据范围），由中央控制处理单元101对机器人进行移动、转动等一级运动控制，第一级传感器单元102继续获取机器人和目标物体之间的距离或位置关系数据。在一级运动控制过程中，如果距离较远，可以加快机器人的移动速度；如果距离较近，可以适当降低机器人的移动速度。一级运动控制过程可以是根据上述反馈的距离或位置关系数据一次性运动控制，或者根据多次反馈的距离或位置关系数据进行多次运动控制，根据上述闭环反馈的数据以逐渐逼近的方式实现到达所设定的初级位置关系或者定义的位置范围的目的。此过程中可以同时调整机器人的姿态或智能机械结构单元105，做好操作目标物体的准备。

S202：启动第二级传感器单元103，并根据感测数据反馈进行分析判断，进行二级运动控制或者是操作控制：

第二级传感器单元103可以根据具体应用采用压力传感器、扭矩传感器或温度传感器中的一个或多个传感器装置，中央控制处理单元101根据压力数据或扭矩数据或者温度数据反馈进行二级运动控制或操作控制。作为另外一个应用例设计方案，第二级传感器单元103可以采用3D图像传感器与压力传感器、扭矩传感器或温度传感器中的一个或多个传感器的组合，例如采用3D传感器和压力传感器的组合。第二级传感器单元103设置在与目标物体相接触并且能够实现对目标物体进行操作控制的智能机械结构单元105上，例如可以设置在对目标物体进行操作的机器人手指、手掌、脚等多个部位上。当设计方案中第二级传感器单元103中同时包含有3D图像传感器，可以根据智能机械结构单元105上的3D图像传感器采集的目标物体的三维图像数据，进一步获得更为精确的可实施操作的距离或位置关系数据，并且根据反馈的数据进一步二级运动控制调整以提升第二级传感器单元103中其他传感器装置，如压力传感器装置的感测数据的反馈过程的效率和精准度。如果机器人需要通过手指或手掌操作目标物体，则第二级传感器单元103设置于手指或手掌上；如果机器人的应用是通过机械脚或身体其他部位实现操作过程，则可以设置于机械脚或机器人本体的其他部位上，以便于通过相应的传感器装置获取对目标物体的感测数据，中央控制处理单元101根据第二级传感器单元103反馈的感测数据进行判断，如果尚未达到设定的可操作准确的感测数据，则控制机器人进行二级运动控制，比如进一步调整距离，或加强操作力度等，直到第二级传感器单元103反馈的感测数据达到可操作的数据设定。

在本实施例一个应用例中，可以在系统中设置一个级间控制单元，主要用于与中央控制处理单元101一起来调整和控制第一级传感器单元102和第二级传感器单元103之间的运行和切换过程。具体地说，实现在第一级传感器单元102工作期间，控制第二级传感器单元103的开启、运行过程，以完成两级传感器单元之间的平顺切换及协同操作。例如，根据第一级传感器单元102的实施过程所反馈的数据，确定第二级传感器单元103的开启时间，或者可以包括根据第二级传感器单元103在运行期间的数据检测，确定是否继续实施二级运动控制过程或者改进二级运动控制过程调整的精度、范围等，目的是顺利完成应用中上述两个传感器单元的级间平顺切换过程，可以获得机器人的智能机械结构单元105在开始执行具体操作前精确的距离或位置关系数据。

S203：第二级传感器单元103的感测数据到达预先设定的可操作的数据或数据范围时，完成对目标物体的具体操作。

第二级传感器单元103所设计采用的传感器，可以根据机器人的具体应用领域来设置，比如抓取物体操作，触摸屏的操作，开关按键操作等均可以采用压力传感器；翻转移动物体可以采用扭矩传感器；对物体检测或与机器人握手互动过程可以采用温度传感器来实现等，本实用新型实施例中不对机器人具体的操作控制功能进行限定。

图3是本实用新型给出的第二实施例中机器人的多级传感器决策控制系统结构示意图，如图3中所示，与第一实施例中给出的系统100相比，该系统300包括三级传感器单元设置，分别是第一级传感器单元302、第二级传感器单元303，及第三级传感器单元305。第一级传感器单元302和第二级传感器单元303可以根据应用采用一个或者多个3D图像传感器装置，具体可以采用TOF传感器、结构光传感器或双目立体视觉传感器中的一种或几种。第一级传感器单元302可以设置在机器人的头部或前端部位，第二级传感器单元303可以设置在机器人的本体机械结构部件上，例如设置在机器人的机械臂、机械手、机械脚、背部等位置上。第三级传感器单元305可以根据具体应用设计包括压力传感器、扭矩传感器、温度传感器中的一个或多个，或者是3D图像传感器与上述压力传感器、扭矩传感器、温度传感器中的一个或多个的组合设置。第三级传感器单元305可以设置在与目标物体相接触并对目标物体进行操作控制的智能机械结构单元306上，以根据第三级传感器单元305的感测数据实现对目标物体的操作控制。通过第一级传感器单元302可获得目标物体和机器人之间初级的距离或位置关系数据；通过第二级传感器单元303可以获得目标物体和机器人之间精确的距离或位置关系数据；通过第三级传感器单元305能够获得机器人的智能机械结构单元306与目标物体之间的感测数据。本实施例系统设计方案，采用包括三级传感器单元设置，分级对机器人与目标物体之间的数据进行感测，以高精准度、高效率地实现对目标物体的操作过程。

图4是本实用新型第二实施例中多级传感器决策控制系统实现过程基本流程图，结合图3中给出的第二实施例的三级图像传感器单元设置的系统结构，对第二实施例中系统的具体实施过程进行详细的说明：

S401：首先启动第一级传感器单元302，采集应用场景中目标物体的三维影像数据：

第一级传感器单元302主要目的是为了有效采集机器人视野范围内的目标物体的三维图像数据，从而确定目标物体的位置。本实用新型方案不限定第一传感器单元302仅设计为3D图像传感器装置，还可以根据应用采用激光雷达装置，同样可以通过发射激光束来探测目标物体，实现获得目标物体的位置关系数据。

在一个应用例中，第一级传感器单元302可以设计为TOF传感器，采用高帧率图像输出模式，例如1000fps。TOF传感器对于距离机器人相对较远的目标物体的识别和数据采集过程处理速度快，效率较高。数据处理单元304对第一级传感器单元302获取的数据进行处理并进行分析判断，通过计算可以得出目标物体和机器人之间的距离或位置关系数据。

当分析结果上述目标物体和机器人之间未到达预先设定的初级距离或位置关系时，中央控制处理单元301对机器人进行一级运动控制，一级运动控制可以是一次或多次，包括移动控制或转动控制，机器人根据一级运动控制中闭环反馈的数据逐渐逼近目标物体，以达到预先设定的机器人和目标物体之间初级的距离或位置关系数据。

S402：启动第二级传感器单元303进一步采集目标物体的三维影像数据，通过数据处理单元304分析处理所获得的新的距离和位置关系数据：

第二级传感器单元303主要目的是进一步准确地采集目标物体的三维图像数据，通过数据处理单元304获得机器人和目标物体之间更精确的距离或位置关系数据。在一个应用例中，第二级传感器单元303的3D图像传感器设计采用结构光传感器或双目立体视觉传感器，且具有高帧率图像输出模式，目的是获取更精确的三维影像数据及距离或位置关系数据，实现过程效率能得到有效提高。由于经过第一级传感器单元302和一级运动控制过程，机器人距离目标物体的距离或位置关系相对较近，因此对第二级传感器单元303的实现过程的速度要求不需要很高，也可以避免在处理过程中较近的位置关系带来其他误操作的可能。第二级传感器单元303也可以根据应用采用精度更高的激光雷达装置来实现上述数据采集。

数据处理单元304对第二级传感器单元303获取的数据进行处理，通过计算分析可以得出目标物体和机器人之间新的距离或位置关系数据。当计算分析的数据结果尚未达到预先设定的准确的距离或位置关系时，中央控制处理单元301对机器人进行二级运动控制，二级运动控制包括移动控制或转动控制，包括一次或多次，机器人根据闭环反馈的数据逐渐逼近目标物体。二级运动控制的精度优于一级控制的精度，以实现机器人运动控制过程的精确度，比如位移调整、方位转动的精准度等，以达到预先设定的机器人和目标物体之间精确的距离或位置关系数据。

在本实用新型方案一个应用例中，可以在系统300中设置第一级间控制单元，主要用于与中央控制处理单元301一起来调整和控制第一级传感器单元302和第二级传感器单元303之间的运行和切换过程。具体地说，可以在第一级传感器单元302工作期间，调整和控制第二级传感器单元303的开启、运行过程，以实现两级传感器单元之间的平顺切换及协同操作。例如，可以在第一级传感器单元302进行机器人和目标物体之间的距离或位置关系数据获取过程中，根据第一级间控制单元的设定启动第二级传感器单元303并根据第二级传感器单元303反馈的数据对机器人的机械臂或机械腿等先期进行一定的位移或方位调整，便于机器人进一步简化和改进一级运动控制过程。第一级间控制单元可以根据机器人具体的应用领域、应用环境等多因素进行级间控制实现方案的设计，例如，可以包括位移、时间、次数等多种参数设置，目的是为了高效率、高精准度实现应用中两级传感器单元之间平顺切换和实施过程。

S403：启动第三级传感器单元305，并根据感测数据反馈进行分析判断，进行三级运动控制或者是操作控制：

第三级传感器单元305可以设置在与目标物体相接触并且能够实现对目标物体进行操作的智能机械结构单元306上，例如通常设置在对目标物体进行操作的机器人手指、手掌、脚背等多个具体部位上，主要是为了精确获得机器人的智能机械结构单元306和目标物体之间的感测数据。当第三级传感器单元305采用3D图像传感器与压力传感器、扭矩传感器或温度传感器中的一个或多个传感器的组合，例如采用3D传感器和压力传感器的组合设置作为应用方案时，可以先根据该3D图像传感器采集的目标物体的三维图像数据进一步获得智能机械结构单元306和目标物体之间的距离或位置关系数据，根据压力传感器获得智能机械结构单元306和目标物体之间的压力数据，根据上述数据反馈可以进行三级运动控制，或者对目标物体进行操作。

三级运动控制可以包括一次或多次的闭环反馈过程，逐渐逼近达到可操作的设定值。三级运动控制的精度优于二级运动控制的精度，主要是为了机器人的智能机械结构单元306更为精准、高效地到达具体操作的距离或位置关系，避免之间接触误差带来误操作或设备损伤等其他问题。如果第三级传感器单元305仅采用压力传感器装置，则其三级运动控制过程的感测反馈数据可仅包含智能机械结构单元306和目标物体之间的压力数据。

在本实用新型方案一个应用例中，可以在系统300中设置第二级间控制单元，主要用于与中央控制处理单元301一起来调整和控制第二级传感器单元303和第三级传感器单元305之间的运行和切换过程。具体地说，可以在第二级传感器单元303工作期间，调整和控制第三级传感器单元305的开启、运行过程，以实现这两级传感器单元之间的平顺切换及协同操作过程。

S404：第三级传感器单元305的感测数据达到预先设定的可精准操作的数据或数据范围时，完成对目标物体的操作：

第三级传感器单元305所设计采用的传感器，可以根据机器人的具体应用领域来设置，比如抓取操作，触摸屏的操作，开关按键操作等均可以采用压力传感器装置；翻转移动物体可以采用扭矩传感器装置；对物体检测或与机器人握手互动过程可以采用温度传感器来实现等，本实用新型给出的实施例中不对机器人具体的操作控制功能进行限定。

图5是本实用新型提出的机器人的多级传感器决策控制系统一个应用例的示意图。如图5中所示，机器人上包含有设置在头部前端位置的第一级传感器单元①，设置在机器人手臂及本体前面的第二级传感器单元②，以及设置在智能机械操作手上的第三级传感器单元③。机器人从起始位置P1开始启动第一级传感器单元①，并进行一级运动控制调整，达到初级设定位置P2。经控制过程设定启动第二级传感器单元②，进一步获取机器人和目标物体之间新的距离或位置关系，并进行二级运动控制。当机器人从P2位置经移动控制到精准确定的可操作的距离或位置，通过控制启动第三级传感器单元③，对机器人的智能机械操作手进行精度更高的三级运动控制，如精确度更高的微调整机械操作手的距离或方位或压力等，当检测到机器人的机械操作手抓取压力强度足以完成对目标物体的抓取操作时，启动对目标物体的抓取操作，机器人能够精准、高效地完成整个操作过程。

上述本实用新型的多个实施例给出的内容，能够充分理解并说明多级传感器的分级设置及技术实现过程。本实用新型内容中给出了包括两级、三级传感器单元的设计方案，可以理解的是，在设计方案实现过程中可以根据具体应用设计采用包含更多级的传感器单元，例如包括四级传感器单元、五级传感器单元设置等。本实用新型专利给出的技术方案，能够在机器人多应用领域中实现高效率、高精确度操作控制的技术效果，且不受机器人应用领域限制。

本实用新型给出的各个实施例及附图，是为了说明的目的，在不背离本实用新型更广泛的主旨和范围下，不同形式的等效修改是可行的。根据上述详细的说明可对本实用新型实施例进行修改，其修改视为落入本实用新型所保护的范围内。用于权利要求中的术语不应解释为限定于本实用新型具体实施内容和权利要求部分中所揭露的具体实施例。相反地，权利要求中完整确定的内容应理解为根据权利要求解释确立的范围。本实用新型的说明书和附图应被看作是解释性的，而不是约束性的。

Claims (22)

1.一种机器人的多级传感器决策控制系统，采用多级传感器单元设置，其特征在于，所述系统包括：

第一级传感器单元，采集场景中目标物体的三维影像数据；

第二级传感器单元，设置于机器人的智能机械操作单元，通过所述第二级传感器单元获得所述智能机械操作单元与所述目标物体之间的感测数据；

数据处理单元，对所述第一级传感器单元、第二级传感器单元获得的数据分别进行处理和分析判断；

中央控制处理单元，对各单元进行控制处理；

其中，所述中央控制处理单元根据所述第一级传感器单元获得的距离或位置关系数据对所述机器人进行一级运动控制；根据所述第二级传感器单元获得的感测数据进行二级运动控制，或者对所述目标物体进行操作；所述一级运动控制和所述二级运动控制为闭环反馈控制。

2.根据权利要求1所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述第一级传感器单元为一个或多个3D图像传感器，所述3D图像传感器为TOF传感器、结构光传感器或双目立体视觉传感器中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述第二级传感器单元为压力传感器、扭矩传感器、温度传感器中的一个或多个，或者3D图像传感器与压力传感器、扭矩传感器、温度传感器中的一个或多个的组合。

4.根据权利要求2所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述第一级传感器单元的3D图像传感器设置于所述机器人的头部或前端部位。

5.根据权利要求3所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述第二级传感器单元的一个或多个传感器设置于与所述目标物体接触的所述机器人的智能机械操作单元上。

6.根据权利要求2或3所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述第一级传感器单元和/或所述第二级传感器单元的3D图像传感器具有高帧率输出模式。

7.根据权利要求1所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述一级运动控制、所述二级运动控制包括移动控制或转动控制。

8.根据权利要求1或7所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述二级运动控制精度高于所述一级运动控制。

9.根据权利要求1所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述系统包括一个级间控制单元，通过所述级间控制单元控制所述第一级传感器单元和所述第二级传感器单元的运行。

10.根据权利要求1所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述第一级传感器单元、所述第二级传感器单元中采集所述目标物体的三维影像数据的装置为3D图像传感器或激光雷达装置。

11.一种机器人的多级传感器决策控制系统，采用多级传感器单元设置，其特征在于，所述系统包括：

第一级传感器单元，采集场景中目标物体的三维影像数据；

第二级传感器单元，与所述第一级传感器单元设置于机器人的不同部位上，采集所述场景中目标物体的三维影像数据；

第三级传感器单元，设置于机器人的智能机械操作单元，通过所述第三级传感器单元获得所述智能机械操作单元与所述目标物体之间的感测数据；

数据处理单元，对所述第一级传感器单元、第二级传感器单元、第三级传感器单元获得的数据分别进行处理和分析判断；

中央控制处理单元，对各单元进行控制处理；

其中，所述中央控制处理单元根据所述第一级传感器单元获得的距离或位置关系数据对所述机器人进行一级运动控制；根据所述第二级传感器单元获得的距离或位置数据进行二级运动控制；根据所述第三级传感器单元获得的感测数据进行三级运动控制，或者对所述目标物体进行操作；所述一级运动控制、二级运动控制及所述三级运动控制为闭环反馈控制。

12.根据权利要求11所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述述第一级传感器单元和所述第二级传感器单元为一个或多个3D图像传感器，所述3D图像传感器为TOF传感器、结构光传感器或双目立体视觉传感器中的一种或几种。

13.根据权利要求11所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述第三级传感器单元为压力传感器、扭矩传感器、温度传感器中的一个或多个，或者3D图像传感器与压力传感器、扭矩传感器、温度传感器中的一个或多个的组合。

14.根据权利要求12所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述第一级传感器单元的3D图像传感器设置于所述机器人的头部或前端部位。

15.根据权利要求12所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述第二级传感器单元的3D图像传感器设置于所述机器人的本体机械结构部件上。

16.根据权利要求13所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述第三级传感器单元的一个或多个传感器设置于与所述目标物体接触的所述机器人的智能机械操作单元上。

17.根据权利要求12或13所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述第一级传感器单元，所述第二级传感器单元，和/或所述第三级传感器单元的3D图像传感器具有高帧率输出模式。

18.根据权利要求11所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述一级运动控制、所述二级运动控制、所述三级运动控制包括移动控制或转动控制。

19.根据权利要求11或18所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述三级运动控制精度高于所述二级运动控制，所述二级运动控制精度高于所述一级运动控制。

20.根据权利要求11所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述系统包括第一级间控制单元，通过所述第一级间控制单元控制所述第一级传感器单元和所述第二级传感器单元的运行。

21.根据权利要求11或20所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述系统包括第二级间控制单元，通过所述第二级间控制单元控制所述第二级传感器单元和所述第三级传感器单元的运行。

22.根据权利要求11所述的机器人的多级传感器决策控制系统，其特征在于，所述第一级传感器单元、所述第二级传感器单元、所述第三级传感器单元中采集所述目标物体的三维影像数据的装置为3D图像传感器或激光雷达装置。

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