一种基于机器人控制器的控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及机器人控制器，具体为一种基于机器人控制器的控制系统及其控制方法。

背景技术：

1、随着工业自动化的不断推进，大多生产线实现自动化，各式工业机器人被运用到不同的产线以适用不同的应用场景，从而节省了大量人力、财力，也大大提高了工作效率，机器人适用范围的不断扩大，机器人的智能化程度也不断的提高，机器人控制器是控制机器人执行操作的部件，例如路径规划和移动、夹持抓取和转向旋转等等。

2、工厂车间内的搬运机器人在搬运移动过程中大多是按照提前设置好的移动路径进行移动，在移动路径上遇到障碍物阻拦后通过急停扫描障碍物最后绕开障碍物回到移动路径上继续移动，然而工厂车间内环境多变，机器人的扫描范围有限，因此机器人在避障过程的路径规划中往往容易出现如下问题：

3、一、陷入局部最优的路径规划困境，尤其是在空间狭窄拥挤的环境中，机器人往往需要不断的扫描避障，然而机器人的扫描范围有限，机器人容易出现在多个障碍物之间徘徊的情况，这会严重影响机器人的搬运效率；

4、二、由于机器人通常依赖于传感器的定位，但传感器可能存在误差，这些误差会影响路径规划的准确性，导致机器人偏离预定的路径，定位误差会逐渐积累，使得路径规划越来越不准确，这也会严重影响机器人的搬运效率，为此，我们提出一种基于机器人控制器的控制系统及其控制方法。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于机器人控制器的控制系统及其控制方法，以解决现有技术中的上述问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于机器人控制器的控制系统，包括如下模块：

5、识别定位模块，通过布设在机器人顶部的激光传感器扫描机器人周边环境，建立环境三维空间模型，获取工厂车间地图信息，通过地图信息和环境三维空间模型信息比对在地图信息中标记机器人当前位置得到机器人定位信息；

6、信息校准模块，获取工厂车间多个摄像头拍摄画面，通过多个摄像头拍摄画面对环境三维空间模型进行校对修正，通过多个摄像头拍摄画面对机器人定位信息进行校对修正；

7、路径决策模块，获取机器人的长度、高度和宽度，设定障碍物安全距离，获取校对后的环境三维空间模型，获取校对后的机器人定位信息，获取机器人预定路径，确定机器人在预定路径中避障路径的起始点和终点，根据避障路径的起始点和终点制定机器人避障路径；

8、控制驱动模块，通过控制器传输数据指令给伺服电机，驱动机器人按照预定路径和避障路径前进、后退和原地旋转。

9、优选的，在识别定位模块中建立环境三维空间模型，具体为：

10、步骤一：设定扫描分辨率、扫描角度范围和点云密度，执行扫描任务对周边环境重复扫描三次，分别获取三组环境三维点云；

11、步骤二：对三组环境三维点云进行比对，标记出三组环境三维点云中的全部共有点云得到环境三维点云集，以拍摄坐标为原点建立三维空间坐标系，标记出环境三维点云集的三维坐标，在三维空间坐标系内标记出三维点云集的位置，对坐标系内的三维点云集执行三角网格化与曲面拟合从而实现环境三维空间模型的表面重建，最终得到环境三维空间模型。

12、优选的，在识别定位模块中通过地图信息和环境三维空间模型信息比对在地图信息中标记机器人当前位置得到机器人定位信息，具体为：

13、步骤一：识别多个地图信息并通过多个地图信息中的共有点建立地图三维空间模型，将地图三维空间模型转化为地图三维坐标系点云集，获取环境三维点云集，比对地图三维点云集与环境三维点云集，在地图三维点云集内标记出全部共有点；

14、步骤二：获取密度最大的共有点云团，还原共有点云团处的地图三维空间模型得到参考地标，获取参考地标坐标，在环境三维空间坐标系、地图三维空间坐标系、环境三维空间坐标系的原点坐标和参考地标坐标中通过欧几里得距离公式得到机器人定位坐标信息。

15、优选的，在信息校准模块中通过多个摄像头拍摄画面对环境三维空间模型进行校对修正，具体为：

16、步骤一：获取分别不同位置摄像头拍摄的多个图片，通过多组拍摄图片利用mvs算法建立拍摄三维空间模型，获取环境三维空间模型，比对环境三维空间模型与拍摄三维空间模型，分别标记环境三维空间模型与拍摄三维空间模型中的共有模型、拍摄三维空间模型中的独有模型和环境三维空间模型中的独有模型；

17、步骤二：根据共有模型的坐标位置关系将拍摄三维空间模型中的独有模型复制到环境三维空间模型中得到校对后的环境三维空间模型，并标记出环境三维空间模型中的独有模型；

18、步骤三：通过识别定位模块再次扫描周边环境，确认被标记环境三维空间模型中的独有模型是否真实存在，若标记环境三维空间模型中的独有模型真实存在，则将校对后的环境三维空间模型定义为最终环境三维空间模型，若标记环境三维空间模型中的独有模型不是真实存在，则删除校对后的环境三维空间模型中标记出的环境三维空间模型中的独有模型，并将删除后的环境三维空间模型定义为最终环境三维空间模型。

19、优选的，在信息校准模块中通过多个摄像头拍摄画面对机器人定位信息进行校对修正，具体为：

20、步骤一：获取拍摄三维空间模型，以车间入口为原点坐标得到拍摄三维空间模型中机器人的三维空间坐标，获取环境三维空间模型，以车间入口为原点得到环境三维空间模型中机器人的三维空间坐标；

21、步骤二：通过拍摄三维空间模型中机器人的三维空间坐标与环境三维空间模型中机器人的三维空间坐标作差得到定位误差，若定位误差为0，则将环境三维空间模型中机器人的三维空间坐标作为机器人的定位信息作为最终定位信息，若定位误差不为0，则将拍摄三维空间模型中机器人的三维空间坐标替换环境三维空间模型中机器人的三维空间坐标得到最终的定位信息。

22、优选的，定位误差的计算方式，具体为：

23、

24、其中，wh表示为定位误差，表示为环境三维空间模型中机器人的x轴坐标，表示为拍摄三维空间模型中机器人的x轴坐标，表示为环境三维空间模型中机器人的y轴坐标，表示为拍摄三维空间模型中机器人的y轴坐标，表示为环境三维空间模型中机器人的z轴坐标，表示为拍摄三维空间模型中机器人的z轴坐标。

25、优选的，在路径决策模块中确定机器人在预定路径中避障路径的起始点和终点，具体为：

26、步骤一：设定扫描到障碍物的急停安全距离，将机器人急停止动后的位置定义为避障路径起始点，获取校对后的环境三维空间模型，标记出在预定路径中机器人面前的全部障碍物，测量每两个相邻障碍物的间距和限制高度；

27、步骤二：获取机器人的长度、高度和宽度，设定障碍物安全距离，通过障碍物安全距离分别与机器人的长度、高度和宽度求和分别得到安全长度、安全高度和安全宽度，比较限制高度与安全高度的大小关系，若安全高度小于限制高度，则标记为高度可通过，若安全高度大于限制高度，则标记为高度不可通过，比较安全长度和安全宽度的大小关系，选取更小的作为通过方向，比较通过方向的长度与障碍物间距的大小关系，若通过方向的长度小于障碍物间距，则标记为间距可通过，若通过方向的长度大于障碍物间距，则标记为间距不可通过；

28、步骤三：判断机器人是否可以从相邻两个障碍物之间通过，若高度可通过且障碍物间距可通过，则标记为最终可通过，否则标记为最终不可通过，将通过路径与预定路径的交叉点作为避障路径的终点。

29、优选的，在路径决策模块中根据避障路径的起始点和终点制定机器人避障路径，具体为：

30、步骤一：若避障路径终点不在两个障碍物之间，则分别测量避障路径起始点到障碍物左右两侧的距离，分别标记为和，分别测量避障路径的终点到障碍物左右两侧的距离，分别标记为和，对与求和得到，对与求和得到，判断与的大小关系，若，则机器人从障碍物左侧绕路通过，若，则机器人从障碍物右侧绕路通过；

31、步骤二：若避障路径终点在两个障碍物之间，则将通过第二个障碍物的避障路径终点定义为虚拟终点，分别测量避障路径起始点到第一个障碍物左右两侧的距离，分别标记为和，分别测量避障路径的终点到第一个障碍物左右两侧的距离，分别标记为和，对与求和得到，对与求和得到，判断与的大小关系，若，则机器人从第一个障碍物左侧绕路通过，若，则机器人从第一个障碍物右侧绕路通过，分别测量避障路径终点到第二个障碍物左右两侧的距离，分别标记为和，分别测量避障路径的虚拟终点到第二个障碍物左右两侧的距离，分别标记为和，对与求和得到，对与求和得到，判断与的大小关系，若，则机器人从第二个障碍物左侧绕路通过，若，则机器人从第二个障碍物右侧绕路通过，最终得到第一条避障路径；

32、步骤三：若避障路径终点在两个障碍物之间，则将通过第二个障碍物的避障路径终点定义为虚拟终点，分别测量避障路径起始点到第一个障碍物左右两侧的距离，分别标记为和，测量第一个障碍物左两侧到第二个障碍物左两侧的距离，标记为，测量第一个障碍物右两侧到第二个障碍物右两侧的距离，标记为，分别测量避障路径虚拟终点到第二个障碍物左右两侧的距离，分别标记为与，对、与求个得到，对、与求个得到，比较与的大小关系，若，则机器人从两个障碍物左侧绕路直接到达虚拟终点，若，则机器人从两个障碍物右侧绕路直接到达虚拟终点，最终得到第二条避障路径；

33、步骤四：获取第一条避障路径的总长度，获取第二条避障路径的总长度，比较与的大小关系，若，则选择第一条避障路径作为最终避障路径，若，则选择第二条避障路径作为最终避障路径。

34、一种基于机器人控制器的控制方法，包括如下步骤：

35、步骤一：通过布设在机器人顶部的激光传感器扫描机器人周边环境，建立环境三维空间模型，获取工厂车间地图信息，通过地图信息和环境三维空间模型信息比对在地图信息中标记机器人当前位置得到机器人定位信息；

36、步骤二：获取工厂车间多个摄像头拍摄画面，通过多个摄像头拍摄画面对环境三维空间模型进行校对修正，通过多个摄像头拍摄画面对机器人定位信息进行校对修正；

37、步骤三：获取机器人的长度、高度和宽度，设定障碍物安全距离，获取校对后的环境三维空间模型，获取校对后的机器人定位信息，获取机器人预定路径，确定机器人在预定路径中避障路径的起始点和终点，根据避障路径的起始点和终点制定机器人避障路径；

38、步骤四：通过控制器传输数据指令给伺服电机，驱动机器人按照预定路径和避障路径前进、后退和原地旋转。a2

39、（三）有益效果

40、本发明提供了一种基于机器人控制器的控制系统及其控制方法，具备以下有益效果：

41、本方案中通过信息校准模块对环境三维空间模型和定位信息进行校准，通过比对多个摄像头拍摄画面和环境三维空间模型，从而实现对环境三维空间模型进行校准补充，从而便于使环境三维空间模型更加具体和丰富，进而便于机器人可以通过摄像头拥有更宽广的视野了解周边变化的环境，进而有益于避免机器人的扫描范围有限陷入局部最优的路径规划困境，进而有益于避免影响机器人的搬运效率，同时通过多个摄像头拍摄画面对机器人的定位信息进行校准，从而结合拍摄信息和激光传感器扫描信息综合确定机器人的定位信息，进而有益于避免传感器误差导致机器人偏离预定路径，进而进一步有益于避免影响机器人的搬运效率。

42、本方案中通过路径决策模块对机器人的避障路径进行选择，从而在机器人遇到障碍物或拥挤狭小的空间内时便于机器人选择最短最合适的路径进行避障，进而有益于避免机器人容易出现在多个障碍物之间徘徊的情况，进而更进一步的有益于避免影响机器人的搬运效率。