Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

CN114224226A - 避障清扫机器人、机器人机械臂避障规划系统及方法 - Google Patents

避障清扫机器人、机器人机械臂避障规划系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114224226A
CN114224226A CN202111583499.XA CN202111583499A CN114224226A CN 114224226 A CN114224226 A CN 114224226A CN 202111583499 A CN202111583499 A CN 202111583499A CN 114224226 A CN114224226 A CN 114224226A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mechanical arm
module
system module
control system
chassis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202111583499.XA
Other languages
English (en)
Inventor
谢能达
郭震
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jingwu Trade Technology Development Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Jingwu Trade Technology Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jingwu Trade Technology Development Co Ltd filed Critical Shanghai Jingwu Trade Technology Development Co Ltd
Priority to CN202111583499.XA priority Critical patent/CN114224226A/zh
Publication of CN114224226A publication Critical patent/CN114224226A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L11/00—Machines for cleaning floors, carpets, furniture, walls, or wall coverings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L11/00—Machines for cleaning floors, carpets, furniture, walls, or wall coverings
    • A47L11/24—Floor-sweeping machines, motor-driven
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L11/00—Machines for cleaning floors, carpets, furniture, walls, or wall coverings
    • A47L11/40—Parts or details of machines not provided for in groups A47L11/02 - A47L11/38, or not restricted to one of these groups, e.g. handles, arrangements of switches, skirts, buffers, levers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L11/00—Machines for cleaning floors, carpets, furniture, walls, or wall coverings
    • A47L11/40—Parts or details of machines not provided for in groups A47L11/02 - A47L11/38, or not restricted to one of these groups, e.g. handles, arrangements of switches, skirts, buffers, levers
    • A47L11/4002—Installations of electric equipment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L11/00—Machines for cleaning floors, carpets, furniture, walls, or wall coverings
    • A47L11/40—Parts or details of machines not provided for in groups A47L11/02 - A47L11/38, or not restricted to one of these groups, e.g. handles, arrangements of switches, skirts, buffers, levers
    • A47L11/4002—Installations of electric equipment
    • A47L11/4008—Arrangements of switches, indicators or the like
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L11/00—Machines for cleaning floors, carpets, furniture, walls, or wall coverings
    • A47L11/40—Parts or details of machines not provided for in groups A47L11/02 - A47L11/38, or not restricted to one of these groups, e.g. handles, arrangements of switches, skirts, buffers, levers
    • A47L11/4011—Regulation of the cleaning machine by electric means; Control systems and remote control systems therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L11/00—Machines for cleaning floors, carpets, furniture, walls, or wall coverings
    • A47L11/40—Parts or details of machines not provided for in groups A47L11/02 - A47L11/38, or not restricted to one of these groups, e.g. handles, arrangements of switches, skirts, buffers, levers
    • A47L11/4036—Parts or details of the surface treating tools
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L11/00—Machines for cleaning floors, carpets, furniture, walls, or wall coverings
    • A47L11/40—Parts or details of machines not provided for in groups A47L11/02 - A47L11/38, or not restricted to one of these groups, e.g. handles, arrangements of switches, skirts, buffers, levers
    • A47L11/4061—Steering means; Means for avoiding obstacles; Details related to the place where the driver is accommodated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00—Arms
    • B25J18/02—Arms extensible
    • B25J18/025—Arms extensible telescopic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/08—Programme-controlled manipulators characterised by modular constructions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1661—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by task planning, object-oriented languages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
    • B25J9/1666—Avoiding collision or forbidden zones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • B25J9/1676—Avoiding collision or forbidden zones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B25J9/1697—Vision controlled systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L2201/00—Robotic cleaning machines, i.e. with automatic control of the travelling movement or the cleaning operation
    • A47L2201/04—Automatic control of the travelling movement; Automatic obstacle detection
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L2201/00—Robotic cleaning machines, i.e. with automatic control of the travelling movement or the cleaning operation
    • A47L2201/06—Control of the cleaning action for autonomous devices; Automatic detection of the surface condition before, during or after cleaning

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明提供了避障清扫机器人、机器人机械臂避障规划系统及方法，包括：移动底盘上配置人机交互界面，设置并显示清扫任务；机械臂是6个旋转关节构成的机械臂，且通过移动底盘正中心的机械臂基座与移动底盘连接；视觉模块安装在机械臂末端，具有旋转自由度，实现物体位置定位；机械臂末端工具安装在机械臂末端延伸处，由机械臂控制器进行控制；移动底盘工控机和机械臂控制器进行通信，实现清扫动作的协同。

Description

避障清扫机器人、机器人机械臂避障规划系统及方法
技术领域
本发明涉及智能扫地机器人技术领域，具体地，涉及避障清扫机器人、机器人机械臂避障规划系统及方法。
背景技术
目前，酒店客房清洁工作量大，成本高，质量难以保证，并且酒店客房清洁是一个标准化流程，每间客房的清洁工作几乎完全一致，存在大量可重复性工作，适合机器人操作。
酒店清扫过程中，最后环节需要使用吸尘器对整个房间以及卫生间区域进行吸尘处理，这一工作耗时以及费力。传统的吸尘器需要清洁人员将其推到任何地方，并且传统的吸尘器比较笨重，不方便清扫，大大降低了工作效率；
专利文献CN109144067A(申请号：201811083718.6)公开了一种智能清洁机器人及其路径规划方法，传感器模块用于分析并反馈实时清洁环境信息；精准定位模块用于获取当前智能清洁机器人在环境地图上所在的位置；利用几何-拓扑混合地图技术建立环境地图，通过结合环境地图和实时位置，用先进路径规划算法规划出最优清扫路径，并将数据上传云平台实现实时分析记录与控制；驱动模块用于按照规划出的最优路径驱动智能清洁机器人运行并进行清洁工作；人机交互模块能够利用温湿度传感器结合摄像头实现对智能清洁机器人工作状态和性能的显示，并通过wifi/蓝牙技术可以完成智能清洁机器人的遥控与预约功能。
新兴的扫地机器人都具有扫描整个房间以建立避免障碍物的最佳路线功能。但是由于扫地机器人形状和大小的限制，机器人吸尘器经常会被卡在桌子下或狭窄的角落中，需要操作人员来抢救。同时对于卫生间等狭小的区域，扫地机器人由于本身体积限制是无法进入一些特殊区域进行吸尘的，譬如，马桶座侧边以及马桶后面区域，扫地机器人是不可达的，因此这些区域必须人力清除。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种避障清扫机器人、机器人机械臂避障规划系统及方法。
根据本发明提供的一种避障清扫机器人，包括：移动底盘、机械臂、视觉模块、机械臂末端工具、移动底盘工控机和机械臂控制器；
所述移动底盘上配置人机交互界面，设置并显示清扫任务；
所述机械臂是6个旋转关节构成的机械臂，且通过移动底盘正中心的机械臂基座与移动底盘连接；
所述视觉模块安装在机械臂末端，具有旋转自由度，实现物体位置定位；
所述机械臂末端工具安装在机械臂末端延伸处，由机械臂控制器进行控制；
所述移动底盘工控机和机械臂控制器进行通信，实现清扫动作的协同。
根据本发明提供的一种机器人机械臂避障规划系统，包括：
应用层模块：显示、设置清扫任务，并将清扫任务按照预设协议格式下发至工控机逻辑层模块；
工控机逻辑层模块：接收清扫任务并进行解析得到清扫任务的位置信息，将清扫任务的位置信息按照预设格式下发至底盘控制系统模块；
底盘控制系统模块：接收工控机逻辑层模块下发的定点任务，并进行导航规划至定点位置，并将移动底盘状态信息上报至工控逻辑层模块；
机械臂控制系统模块：接收工控机逻辑层下发的清扫任务，并和视觉系统模块进行通讯，获取视觉系统模块上传的当前局部地图位置信息，基于视觉数据进行路径规划、速度规划以及轨迹插补，并将位置下发给伺服系统模块；
视觉系统模块：接收机械臂控制系统模块下发的拍照指令，识别当前拍照视野内的物体位置信息，计算得到物体轮廓位置，并将位置数据上报至机械臂控制系统模块；
伺服总线模块：接收机械臂控制系统下发的周期位置，驱动机械臂移动至下发的位置。
优选地，所述机械臂控制系统模块采用：
模块M1：根据视觉系统模块获取的局部地图计算过渡点位置；
模块M2：根据当前工作平面计算得到过渡点的姿态值。
优选地，所述模块M2采用：机械臂末端工具与当前工作平面法线方向角度在预设范围内。
优选地，当过渡点不可达时，机械臂控制器系统模块发送信息至底盘控制系统模块，控制底盘沿着靠近障碍物方向移动预设距离，机械臂控制系统模块基于当前视觉数据重新进行路径规划、速度规划以及轨迹插补，并将位置下发给伺服总线模块。
优选地，机器人在运动过程中机械臂会控制机械臂末端工具的启停动作。
根据本发明提供的一种机器人机械臂避障规划方法，包括：
步骤S1：将清扫任务按照预设协议格式下发至工控机逻辑层模块；
步骤S2：工控机逻辑层模块接收清扫任务并进行解析得到清扫任务的位置信息，将清扫任务的位置信息按照预设格式下发至底盘控制系统模块；
步骤S3：底盘控制系统模块接收工控机逻辑层模块下发的定点任务，并进行导航规划至定点位置，并将移动底盘状态信息上报至工控逻辑层模块；
步骤S4：工控机逻辑层模块收到信息后，将任务发送至机械臂控制系统模块；
步骤S5：机械臂控制系统模块接收工控机逻辑层下发的清扫任务，并和视觉系统模块进行通讯，获取视觉系统模块上传的当前局部地图位置信息，基于视觉数据进行路径规划、速度规划以及轨迹插补，并将位置下发给伺服系统模块；
步骤S6：伺服总线模块接收机械臂控制系统下发的周期位置，驱动机械臂移动至下发的位置。
优选地，所述视觉系统模块：接收机械臂控制系统模块下发的拍照指令，识别当前拍照视野内的物体位置信息，计算得到物体轮廓位置，并将位置数据上报至机械臂控制系统模块。
优选地，所述步骤S5采用：
步骤S5.1：根据视觉系统模块获取的局部地图计算过渡点位置；
步骤S5.2：根据当前工作平面计算得到过渡点的姿态值。
优选地，当过渡点不可达时，机械臂控制器系统模块发送信息至底盘控制系统模块，控制底盘沿着靠近障碍物方向移动预设距离，机械臂控制系统模块基于当前视觉数据重新进行路径规划、速度规划以及轨迹插补，并将位置下发给伺服总线模块。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、酒店清扫机器人目前市面上没有，填补市场空白，前景广阔；
2、将移动机器人与工业机械臂进行协作融合，新增了很多使用场景，移动机器人由于自身体积限制，运动过程中很多区域不可达，工业机械臂由于不具备底盘移动规划，只能在固定流水线上使用，两者进行协作，增加了更多的使用场景；先前只能人为完成的工作也可以用机器人替代，大大提升工作人员效率。
4、本发明通过采用MQTT协议，将应用层、工控机包括工控机逻辑层、底盘系统和机械臂控制系统和视觉系统这五个独立的模块融合在一起，有效控制底盘完成一序列的定点导航任务以及机械臂完成清扫任务；
5、本发明通过采用激光雷达传感器获取的地图，能够让机器人底盘系统在定点导航模式下精准定位，规划出一条可控的最优导航线路；
6、本发明通过采用3D深度相机视觉系统构建局部地图，能够让机器械臂实现局部位置避障，规划出一条绕开当前区域障碍物的最优路径，实现了机器人的零时避障；
7、避障清洁机器人可以独立完成房间以及卫生间的吸尘清洁工作。
8、避障清洁机器人具有智能化，只需要一键启动，它就可以自己出发去吸尘，没电了会自动回充。一旦完成工作，该扫地机器人也会与对接站连接，为自己充电。
9、避障清洁机器人可以和保洁人员的工作同步进行，将每间客房的清洁时间从30分钟缩短至15分钟，将现有客房的清洁效率提高1倍。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为硬件分布示意图。
图2为机器人机械臂避障规划方法流程图。
图3为机器人机械臂避障规划方法流程图。
图4为机器人机械臂避障规划系统示意图。
图5为路径规划计算过渡点示意图。
图6为路径规划姿态选择计算示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
根据本发明提供的一种避障清扫机器人，包括：移动底盘、机械臂、视觉模块、机械臂末端工具、移动底盘工控机和机械臂控制器；
所述移动底盘上配置人机交互界面，设置并显示清扫任务；
所述机械臂是6个旋转关节构成的机械臂，且通过移动底盘正中心的机械臂基座与移动底盘连接；
所述视觉模块安装在机械臂末端，具有旋转自由度，实现物体位置定位；
所述机械臂末端工具安装在机械臂末端延伸处，由机械臂控制器进行控制；
所述移动底盘工控机和机械臂控制器进行通信，实现清扫动作的协同。
根据本发明提供的一种机器人机械臂避障规划系统，包括：
应用层模块：显示、设置清扫任务，并将清扫任务按照预设协议格式下发至工控机逻辑层模块；
工控机逻辑层模块：接收清扫任务并进行解析得到清扫任务的位置信息，将清扫任务的位置信息按照预设格式下发至底盘控制系统模块；
底盘控制系统模块：接收工控机逻辑层模块下发的定点任务，并进行导航规划至定点位置，并将移动底盘状态信息上报至工控逻辑层模块；
机械臂控制系统模块：接收工控机逻辑层下发的清扫任务，并和视觉系统模块进行通讯，获取视觉系统模块上传的当前局部地图位置信息，基于视觉数据进行路径规划、速度规划以及轨迹插补，并将位置下发给伺服系统模块；
视觉系统模块：接收机械臂控制系统模块下发的拍照指令，识别当前拍照视野内的物体位置信息，计算得到物体轮廓位置，并将位置数据上报至机械臂控制系统模块；
伺服总线模块：接收机械臂控制系统下发的周期位置，驱动机械臂移动至下发的位置。
具体地，所述机械臂控制系统模块采用：
模块M1：根据视觉系统模块获取的局部地图计算过渡点位置；
模块M2：根据当前工作平面计算得到过渡点的姿态值。
具体地，所述模块M2采用：机械臂末端工具与当前工作平面法线方向角度在预设范围内。
具体地，当过渡点不可达时，机械臂控制器系统模块发送信息至底盘控制系统模块，控制底盘沿着靠近障碍物方向移动预设距离，机械臂控制系统模块基于当前视觉数据重新进行路径规划、速度规划以及轨迹插补，并将位置下发给伺服总线模块。
具体地，机器人在运动过程中机械臂会控制机械臂末端工具的启停动作。
根据本发明提供的一种机器人机械臂避障规划方法，包括：
步骤S1：将清扫任务按照预设协议格式下发至工控机逻辑层模块；
步骤S2：工控机逻辑层模块接收清扫任务并进行解析得到清扫任务的位置信息，将清扫任务的位置信息按照预设格式下发至底盘控制系统模块；
步骤S3：底盘控制系统模块接收工控机逻辑层模块下发的定点任务，并进行导航规划至定点位置，并将移动底盘状态信息上报至工控逻辑层模块；
步骤S4：工控机逻辑层模块收到信息后，将任务发送至机械臂控制系统模块；
步骤S5：机械臂控制系统模块接收工控机逻辑层下发的清扫任务，并和视觉系统模块进行通讯，获取视觉系统模块上传的当前局部地图位置信息，基于视觉数据进行路径规划、速度规划以及轨迹插补，并将位置下发给伺服系统模块；
步骤S6：伺服总线模块接收机械臂控制系统下发的周期位置，驱动机械臂移动至下发的位置。
具体地，所述视觉系统模块：接收机械臂控制系统模块下发的拍照指令，识别当前拍照视野内的物体位置信息，计算得到物体轮廓位置，并将位置数据上报至机械臂控制系统模块。
具体地，所述步骤S5采用：
步骤S5.1：根据视觉系统模块获取的局部地图计算过渡点位置；
步骤S5.2：根据当前工作平面计算得到过渡点的姿态值。
具体地，当过渡点不可达时，机械臂控制器系统模块发送信息至底盘控制系统模块，控制底盘沿着靠近障碍物方向移动预设距离，机械臂控制系统模块基于当前视觉数据重新进行路径规划、速度规划以及轨迹插补，并将位置下发给伺服总线模块。
实施例2
实施例2是实施例1的优选例
本发明提出一种酒店避障清洁机器人，其采用将移动机器人与工业机械臂结合的方式，实现避障清扫工作。本发明中硬件模块包括移动底盘、底盘工控机系统、人机交互界面，机械臂、机械臂控制器，视觉模块以及末端吸尘工具。其硬件结构分布示意图如图1所示。
其中，移动底盘主要由电源模块、工控机、机械臂控制板、激光雷达、4G模块等构成，实现SLAM与避障功能。
机械臂在移动底盘上部，机械臂基座位于移动底盘正中心位置；视觉模块安装在机械臂末端上部，吸尘工具安装在机械臂末端；连接关系如图1所示；
移动底盘上配置有人机交互界面，可以设置清扫任务。以及显示当前已经清扫完成的房间号以及房间数等信息，界面同时会显示当前电量以及当前工作时间等。
机械臂是6个旋转关节构成的机械臂。6自由度机械臂保证了末端位置的灵活性，姿态灵活性，保证各位姿均可达，使清洁避障机器人整体更加灵巧。
视觉模块安装在机械臂末端手部，具有一个旋转自由度，主要负责模式识别、室内环境重建和辅助定位。视觉模块主要由双目深度相机与相应的处理芯片构成，通过深度学习技术，实现物体位置定位。同时移动底盘正前方也安装有一个深度相机，用于辅助识别定位。
吸尘工具安装在机械臂末端，负责吸尘工作，其主要由机械臂控制系统进行控制。
机械臂和底盘之间通过mqtt通讯交互数据，协作完成清扫任务；机械臂和底盘协作过程中，底盘到固定位置时，机械臂请求相机拍的局部地图数据，机械臂运动之前会先判断当前拍照区域位置点是否全部可达(因为机械臂臂长有限)，如果不可达，机械臂根据局部地图信息，计算不可达区域，然后机械臂会反馈给底盘系统进行位置微调整，并且机械臂同时也会将行进方向以及行进距离反馈给底盘，两者协作完成清扫任务。
本发明中公开了一种机械臂的避障的规划方法，机器人收到开始清扫任务之后，移动底盘运动至定点位置，机械臂会控制相机拍照，然后机械臂根据相机的数据，计算清扫区域的位置点，如图4所示，假设需要清扫pos_start至pos_end区域，则首先机械臂会运动至pos_start位置，在从pos_start移动至pos_end的过程中需要进行路径规划，直至该区域运动完成了。
具体地，本发明涉及一种用于关节机械臂的复杂环境中的障碍物规避的规划方法，其使用围绕障碍物的一组过渡点作为初始位置和目标位置之间的中间点。其实现原理为通过使用视觉感知生成局部地图，然后根据相机的数据计算产生过渡点，其中过渡点的姿态值通过控制器内部根据当前工作平面计算得到，保证机械臂末端工具与当前工作平面法线方向角度在30～45度附近，保证中间过渡路径的平滑性，并且在执行运动之前对过渡点和目标点的可达性进行保护。如果过渡点不可达，机械臂控制器系统会发信号至底盘系统，控制底盘沿着靠近障碍物方向移动一定距离，然后机械臂再重新进行新一轮的规划控制。
本发明提供一种机器人机械臂避障规划方法，如图2-3所示，其具体流程包括以下步骤：
(1)在底盘上有总开关按钮，按下开机，机器人系统开始工作；
(2)在底盘上安装有人机交互界面，在界面上设置楼层，房间号，以及清扫任务等信息，然后再按界面上的启动按钮。如果有任务正在进行过程中，则界面会弹出提示信息；如果满足运动条件，机器人开始启动打扫任务；
(3)界面将任务信息下发至工控机系统；
(4)工控机逻辑层控制系统接受任务信息之后，开始对任务进行分解；如果满足运动条件，工控机逻辑层系统会下发任务至底盘控制系统；
(5)移动底盘系统配置有激光雷达，实现slam与底盘避障功能，接收到运动任务之后，移动底盘会自动导航运动至酒店各房间预设点附近，移动底盘负责运动至房间的角落附近区域，桌子附近，床附近区域，卫生间区域等；
(6)底盘移动至预设的区域之后，会发送到达信号至工控机逻辑层；
(7)工控机逻辑层收到底盘系统的到达信号之后，再发送任务至机械臂控制系统；
(8)机械臂收到任务之后机械臂会发信息至视觉系统，请求末端相机拍摄构建当前局部地图；
(9)相机拍照计算得到局部地图信息，将数据发给机器人控制系统；
(10)机械臂会根据末端相机拍摄的局部地图进行路径规划，为机器人预设行进路线，机械臂再根据预设路径进行速度规划与轨迹插补，实现机器人的运动，同时运动过程中机械臂会控制吸尘器的启停动作；
机械臂收到相机反馈的局部地图数据之后，按如下描述方法计算过渡点；其计算过渡点的具体原理如下：如图4所示，假设机械臂需要从pos_start位置运动至pos_end位置，相机先拍照，得到了该区域的局部地图数据，根据相机的数据反馈，该局部地图中有一个障碍物，在机械臂路径规划时，则不能规划直线pos_satrt至pos_end；此时会在障碍物附近计算得到机组过渡点，过渡点会绕过障碍物，然后根据pos_start,pos0，pos1,pos2，pos_end重新规划一组路径；其中过渡点的位置数据根据相机反馈数据计算得到，姿态值根据以下描述方法确定，因为机械臂基座坐标系Z向与地面垂直，如图5-6所示，根据pos1与障碍物中心位置点point的方向向量，与Z轴确定了一个平面，然后工具末端保持和Z轴呈30～45度，即确定了工具末端指向，即可确定末端的姿态值，基于上述方法即可确定pos1的姿态值，这样就得到了pos1的位置和姿态值；同理可以确定其他过渡点的位置姿态值；
(11)机械臂运动过程中，会通过动力学模型实时检测各关节轴是否有碰撞障碍物，如果有检测到末端发生轻微碰撞，机械臂会停止当前运动；然后机械臂会请求相机再次拍照构建局部地图，安装在机器人上的深度摄像头偏转左、右两个角度拍摄得到深度图，处理得到局部环境地图，在局部环境地图中检测障碍物左、右两侧的行进空间，选择宽度较大的一侧作为绕行行进空间，绘制绕行移动范围图，在绕行移动范围内生成绕行可行点，从中选择绕行点，生成绕行路径，机械臂基于当前位置重新进行路径规划；
机械臂控制器里的机械臂模型即为动力学模型；检测碰撞的原理是基于各个关节反馈的实际力矩值与机械臂内部根据规划的位置，速度，加速度信息计算的预测力矩值进行比较，当实际力矩值大于预测力矩值时认为碰撞发生；
(12)经过重规划，机械臂的末端位姿会发生变化，重规划的路径会绕过障碍物区域，沿着障碍物周围运动，进行吸尘清扫动作。基于相机拍摄的地图，实现机器人位姿的自规划，提高机器人的智能性。
(13)当前区域清扫完成之后，机械臂回至预设的安全准备点，然后机械臂控制器会发信号至底盘工控机系统，底盘接着运行至下一工作区域。接着回至步骤(7)重复进行运动。
(14)工控机逻辑层判断所有运动完成之后，发送信息至应用层；
(15)应用层接受到任务完成信号，界面显示任务完成，并作出提示。
其中，应用层模块涉及到清扫任务的设置添加，并且添加有先后顺序之分，并且实时显示当前任务进度；工控机模块涉及工控机逻辑层以及底盘控制系统层；机械臂控制系统模块涉及到机械臂的任务处理，机械臂运动控制与动力学算法等，以及和伺服设备的ethercat通讯等；视觉系统主要用于拍照识别当前物体位置信息，构建局部地图，和机械臂控制系统进行通讯。
根据本发明提供的一种机器人机械臂避障规划系统，包括：
应用层模块：应用层主要用于显示设置清扫任务，点击执行开始任务时，通过MQTT协议将该任务按照与工控机逻辑层预定的协议格式下发到工控机逻辑层。
工控机逻辑层模块：工控机逻辑层是整个系统的核心中枢，工控机收到应用层下发的任务列表后，会对该任务列表进行拆解，将任务列表中的位置信息按与底盘控制系统预定的协议格式，通过MQTT协议按照顺序一个个下发给底盘控制系统，并等待底盘控制系统上报定点位置到达的状态信息；到达位置之后按照任务逻辑，通过MQTT协议将任务下发给机械臂控制系统，并等待机械臂控制系统上报任务完成的状态信息。
底盘控制系统模块：底盘控制系统主要用于接受工控机逻辑层下发的定点任务，负责导航规划至定点位置，并上报状态信息至工控机逻辑层，此处的状态信息包括底盘是否处于运动状态以及底盘是否有错误。
机械臂控制系统模块：机械臂控制系统主要用于接受工控机逻辑层下发的清扫任务，负责和视觉系统之间通讯，获取视觉上传的当前局部地图位置信息，基于视觉数据，进行路径规划，速度规划以及轨迹插补等，通过Ethercat协议将位置下发给伺服。
视觉系统模块：视觉系统模块主要用于接受机械臂控制系统下发的拍照指令，识别当前拍照视野内的物体位置信息，计算得到物体轮廓位置，并将位置数据上报至机械臂控制系统。
伺服总线模块：伺服总线模块系统主要用于接受机械臂控制系统下发的周期位置，负责驱动机械臂至下发位置。所述周期位置是指机械臂每个伺服周期均会规划插补得到一个位置，每个周期会发送给伺服，然后伺服运动至该位置；机械臂每个周期规划的位置即为周期位置。
本发明通过将移动机器人与机械臂结合实现复杂工况下的移动清扫任务。移动底盘系统基于激光地图来实现定点导航方法，能够有效解决定位难、导航线路不可控等一系列内外在因素导致无法精准定点导航的问题；而且机械臂还可以在定位位置进行一系列的清扫任务，机械臂系统和视觉系统结合，基于深度摄像头实现了机械臂临时避障，让机械臂变得更智能、更多样化。避障清洁机器人具有智能化，只需要一键启动，就可以自己出发去吸尘，没电了会自动回充；一旦完成工作，该扫地机器人也会与对接站连接，为自己充电；底盘系统能够获取得到当前电池电量，当系统当前电量小于设置的阈值时，底盘系统会通过mqtt协议发消息给机械臂，机械臂会终止当前任务，并回至预设点，机械臂位置姿态复位之后，再通过mqtt协议返回消息给底盘系统；然后底盘再规划回到充电点；同时机械臂清扫任务可以无死角清理各方形角落，相比传统的扫地机器人更加灵活，清洁效果更加理想。
综合上述特点，通过操作方式、定位精准度、功能性、清洁度以及用户体验等方面的对比来说明传统的扫地机器人方法与本专利采用的方法有何区别：
表1传统的扫地机器人方法与本发明的避障清扫机器人系统方法对比
Figure BDA0003427046560000111
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种避障清扫机器人，其特征在于，包括：移动底盘、机械臂、视觉模块、机械臂末端工具、移动底盘工控机和机械臂控制器；
所述移动底盘上配置人机交互界面，设置并显示清扫任务；
所述机械臂是6个旋转关节构成的机械臂，且通过移动底盘正中心的机械臂基座与移动底盘连接；
所述视觉模块安装在机械臂末端，具有旋转自由度，实现物体位置定位；
所述机械臂末端工具安装在机械臂末端延伸处，由机械臂控制器进行控制；
所述移动底盘工控机和机械臂控制器进行通信，实现清扫动作的协同。
2.根据权利要求1所述的一种避障清扫机器人的机器人机械臂避障规划系统，其特征在于，包括：
应用层模块：显示、设置清扫任务，并将清扫任务按照预设协议格式下发至工控机逻辑层模块；
工控机逻辑层模块：接收清扫任务并进行解析得到清扫任务的位置信息，将清扫任务的位置信息按照预设格式下发至底盘控制系统模块；
底盘控制系统模块：接收工控机逻辑层模块下发的定点任务，并进行导航规划至定点位置，并将移动底盘状态信息上报至工控逻辑层模块；
机械臂控制系统模块：接收工控机逻辑层下发的清扫任务，并和视觉系统模块进行通讯，获取视觉系统模块上传的当前局部地图位置信息，基于视觉数据进行路径规划、速度规划以及轨迹插补，并将位置下发给伺服系统模块；
视觉系统模块：接收机械臂控制系统模块下发的拍照指令，识别当前拍照视野内的物体位置信息，计算得到物体轮廓位置，并将位置数据上报至机械臂控制系统模块；
伺服总线模块：接收机械臂控制系统下发的周期位置，驱动机械臂移动至下发的位置。
3.根据权利要求2所述的机器人机械臂避障规划系统，其特征在于，所述机械臂控制系统模块采用：
模块M1：根据视觉系统模块获取的局部地图计算过渡点位置；
模块M2：根据当前工作平面计算得到过渡点的姿态值。
4.根据权利要求2所述的机器人机械臂避障规划系统，其特征在于，所述模块M2采用：机械臂末端工具与当前工作平面法线方向角度在预设范围内。
5.根据权利要求2所述的机器人机械臂避障规划系统，其特征在于，当过渡点不可达时，机械臂控制器系统模块发送信息至底盘控制系统模块，控制底盘沿着靠近障碍物方向移动预设距离，机械臂控制系统模块基于当前视觉数据重新进行路径规划、速度规划以及轨迹插补，并将位置下发给伺服总线模块。
6.根据权利要求2所述的机器人机械臂避障规划系统，其特征在于，机器人在运动过程中机械臂会控制机械臂末端工具的启停动作。
7.一种机器人机械臂避障规划方法，其特征在于，包括：
步骤S1：将清扫任务按照预设协议格式下发至工控机逻辑层模块；
步骤S2：工控机逻辑层模块接收清扫任务并进行解析得到清扫任务的位置信息，将清扫任务的位置信息按照预设格式下发至底盘控制系统模块；
步骤S3：底盘控制系统模块接收工控机逻辑层模块下发的定点任务，并进行导航规划至定点位置，并将移动底盘状态信息上报至工控逻辑层模块；
步骤S4：工控机逻辑层模块收到信息后，将任务发送至机械臂控制系统模块；
步骤S5：机械臂控制系统模块接收工控机逻辑层下发的清扫任务，并和视觉系统模块进行通讯，获取视觉系统模块上传的当前局部地图位置信息，基于视觉数据进行路径规划、速度规划以及轨迹插补，并将位置下发给伺服系统模块；
步骤S6：伺服总线模块接收机械臂控制系统下发的周期位置，驱动机械臂移动至下发的位置。
8.根据权利要求7所述的机器人机械臂避障规划方法，其特征在于，所述视觉系统模块：接收机械臂控制系统模块下发的拍照指令，识别当前拍照视野内的物体位置信息，计算得到物体轮廓位置，并将位置数据上报至机械臂控制系统模块。
9.根据权利要求7所述的机器人机械臂避障规划方法，其特征在于，所述步骤S5采用：
步骤S5.1：根据视觉系统模块获取的局部地图计算过渡点位置；
步骤S5.2：根据当前工作平面计算得到过渡点的姿态值。
10.根据权利要求7所述的机器人机械臂避障规划方法，其特征在于，当过渡点不可达时，机械臂控制器系统模块发送信息至底盘控制系统模块，控制底盘沿着靠近障碍物方向移动预设距离，机械臂控制系统模块基于当前视觉数据重新进行路径规划、速度规划以及轨迹插补，并将位置下发给伺服总线模块。
CN202111583499.XA 2021-12-22 2021-12-22 避障清扫机器人、机器人机械臂避障规划系统及方法 Withdrawn CN114224226A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111583499.XA CN114224226A (zh) 2021-12-22 2021-12-22 避障清扫机器人、机器人机械臂避障规划系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111583499.XA CN114224226A (zh) 2021-12-22 2021-12-22 避障清扫机器人、机器人机械臂避障规划系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114224226A true CN114224226A (zh) 2022-03-25

Family

ID=80761642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111583499.XA Withdrawn CN114224226A (zh) 2021-12-22 2021-12-22 避障清扫机器人、机器人机械臂避障规划系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114224226A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114767013A (zh) * 2022-05-07 2022-07-22 上海景吾酷租科技发展有限公司 清洁机器人镜面清扫路径自动规划方法及系统
CN114918934A (zh) * 2022-05-16 2022-08-19 上海景吾酷租科技发展有限公司 用于室内垃圾处理的除味机器人、控制系统及其控制方法
CN115122339A (zh) * 2022-08-19 2022-09-30 中电科机器人有限公司 面向装卸机器人的控制系统
CN115657645A (zh) * 2022-11-16 2023-01-31 北京理工大学 一种智能车辆底盘与任务载荷一体化控制方法及系统

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114767013A (zh) * 2022-05-07 2022-07-22 上海景吾酷租科技发展有限公司 清洁机器人镜面清扫路径自动规划方法及系统
CN114918934A (zh) * 2022-05-16 2022-08-19 上海景吾酷租科技发展有限公司 用于室内垃圾处理的除味机器人、控制系统及其控制方法
CN114918934B (zh) * 2022-05-16 2024-05-14 上海景吾酷租科技发展有限公司 用于室内垃圾处理的除味机器人、控制系统及其控制方法
CN115122339A (zh) * 2022-08-19 2022-09-30 中电科机器人有限公司 面向装卸机器人的控制系统
CN115657645A (zh) * 2022-11-16 2023-01-31 北京理工大学 一种智能车辆底盘与任务载荷一体化控制方法及系统
CN115657645B (zh) * 2022-11-16 2023-04-11 北京理工大学 一种智能车辆底盘与任务载荷一体化控制方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114224226A (zh) 避障清扫机器人、机器人机械臂避障规划系统及方法
US11440179B2 (en) System and method for robot teaching based on RGB-D images and teach pendant
EP3469974B1 (en) Cooperative work system formed by mother robot and child robot, and operation method thereof
EP3552775B1 (en) Robotic system and method for operating on a workpiece
CA2428360C (en) Autonomous multi-platform robotic system
KR20140145328A (ko) 청소 로봇 및 그 제어 방법
WO2021063174A1 (zh) 喷涂机器人的控制方法、装置及具有其的喷涂机器人
CN103273497B (zh) 人机交互式机械手控制系统及其控制方法
KR101753361B1 (ko) 청소 로봇을 이용한 스마트 청소 시스템
CN100352621C (zh) 高压输电线自动巡检机器人控制器
JP2001060108A (ja) ロボット動作教示装置および動作教示方法
CN114407015A (zh) 一种基于数字孪生的遥操作机器人在线示教系统及方法
CN111432991B (zh) 机器人系统及使用其制作物品的方法
CN113119077A (zh) 一种工业机器人手持示教装置和示教方法
KR20230137334A (ko) 동적 사이트들에서의 로봇 자율성을 위한 시맨틱 모델들
CN110604518A (zh) 扫地机器人及扫地机器人的控制方法
CN111086002A (zh) 一种飞机清洗机器人及其控制方法
Sun et al. A remote controlled mobile robot based on wireless transmission
CN111633653A (zh) 一种基于视觉定位的机械臂控制系统及方法
CN116225213A (zh) 一种电网元宇宙系统及构建方法
CN113662472A (zh) 清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法及系统
CN114767014B (zh) 清洁机器人台盆清扫路径自动规划方法及系统
Hentout et al. A telerobotic human/robot interface for mobile manipulators: A study of human operator performance
Sarai et al. Robot programming for manipulators through volume sweeping and augmented reality
CN218398132U (zh) 一种变电站室内多功能操作机器人

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20220325