技术领域
[0001] 本发明涉及自主货物搬运与乘坐电梯控制技术领域，具体为一种适应于自主搬运机器人的控制系统及方法。
相关背景技术
[0002] 随着现代物流服务业的发展，服务业的自动化、智能化要求越来越高。近年来，我国物流量逐年增长，并且随着人口老龄化加剧难以配备相应的劳动力，这就会出现劳动力不足的现象。因此，通过机器人代替人工是发展趋势。
[0003] 机器人控制技术是整个机器人系统相对重要，精准度要求高的一个组成部分。随着科学技术的不断增长以及物联网大数据的发展，使用智能设备来控制机器人已经成为一种趋势。
[0004] 然而，现有的机器人控制系统相对单一、无法实现自主搬运和乘坐电梯集于一体以及缺少工作灵活性，因此，需要一种新型智能自主货物搬运与乘坐机器人来解决上述问题。
具体实施方式
[0036] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037] 参照图1～图8，一种适用于自主搬运机器人的控制系统，包括上位机1，所述上位机1通过串口处理模块14连接的分别有传感器2、舵机驱动电路3和听觉系统4，所述上位机1通过以太网双向通讯的作用分别连接有WiFi模块5与下位机6，所述上位机1通过CAN分析仪7来分别控制升降台电机8与底盘电机9，所述上位机1通过USB双向通讯连接视觉系统10。机器人工作时，先进行系统自检、机械装置回中归位以及程序初始化。当系统有误时输出相应的错误代码，系统自检通过后，进入待机状态系统进入待机状态，等待线上用户控制端(101)下达相应指令，通过数据转发局域网(11)同步至上位机(1)，或线下直接给予上位机(1)相应指令。上位机1收到指令后，开始执行相应程序进行工作。
[0038] 本发明中，传感器2包括超声波传感器201、IMU传感器202和雷达203，舵机驱动电路3与机械臂夹爪204连接，听觉系统4与科大讯飞语音模块205连接，通过超声波传感器201、IMU传感器202以及雷达203识别并判断周围环境及机身姿态，能够在机身姿态有误的情况下反馈至上位机1，并通过上位机1进行及时控制调整，机械臂夹爪204能够配合机械臂完成搬运任务，科大讯飞语音模块205能够提供线下的人机语音交互。
[0039] 本发明中，WiFi模块5通过局域网11连接于用户控制端101以及自主充电桩102；下位机6通过网线控制机械臂103运动；升降台电机8控制升降台104上升与下降；底盘电机9控制移动机器人105运动；视觉系统10通过摄像头106来获取图像信息。
[0040] 一种适用于自主搬运机器人的控制方法，包括以下步骤：
[0041] 1)系统上电自检等待指令；
[0042] 本发明中，系统上电自检等待指令时，当系统有误时输出相应的错误代码。当系统自检通过后，机械装置回到初始状态以及程序初始化，系统进入待机状态，等待线上用户控制端101下达相应指令，通过数据转发局域网11同步至上位机1，或线下直接给予上位机1相应指令。
[0043] 2)起始楼层最优路径规划；
[0044] 本发明中，最优路径规划时，上位机1在起始楼层接收到运货指令后输出信号，与自主充电桩102断开连接，通过传感器2的超声波传感器201、雷达传感器202和IMU传感器203，识别并判断周围环境及机身姿态，从而建立搬运楼层局部地图并且完成搬运楼层最优运输路径规划。
[0045] 3)执行自主搬运程序；
[0046] 本发明中，所述执行自主搬运程序时，上位机1给CAN分析仪7发CAN信号来控制底盘电机9工作，带动机器人105按照归划路径运行至搬运地点前合理位置，并给CAN分析仪7发CAN信号来控制升降台电机，从而带动升降台104上的摄像头106对目标物体进行精确识别。同时，机器人105进行车臂协同控制将本身位置调整至机械臂103可抓取的工作空间；再由上位机通过以太网和串口通信分别控制下位机6和舵机驱动电路3控制机械臂103上的夹爪204抓取物体，并将物体放入指定位置之后调整车臂姿态，完成执行自主搬运程序。
[0047] 4)完成电梯乘坐任务；
[0048] 本发明中，机器人105按照如7所述的规划路径，运行至电梯按钮前合理位置。上位机1根据指令楼层和起始楼层的对比，来判断应该是按下上升键还是下降键，从而摄像头106对所需按键提取像素深度信息并启动车臂协调系统。当电梯按钮在机械臂103工作空间之内，上位机1通过柔顺控制完成机械臂103执行按电梯按钮动作。在此之后，控制机器人
105运动至电梯门前来等待电梯到来；进入电梯之后，重复上述的按电梯按钮过程，只是将对应识别按钮信息目标楼层数字。机器人105到达目标楼层后驶出电梯，从而完成电梯乘坐任务。
[0049] 5)目标楼层最优路径规划；
[0050] 本发明中，完成目标楼层最优路径规划时，机器人105到达目标楼层之后，切换全局地址并通过超声波传感器201、IMU传感器202和雷达传感器203，来识别周围环境及机身姿态，从而建立目标楼层局部地图并且完成目标楼层最优路径规划。
[0051] 6)执行物体摆放程序；
[0052] 本发明中，执行物体摆放程序时，根据9所规划路径，上位机1发送CAN指令给底盘使得机器人105运动至摆放处；通过机械臂103、摄像头106以及升降台电机8三者协同工作，使得摄像头106根据指令识别出需抓取物体。机械臂103通过姿态解算配合升降台104与机械臂夹爪204将抓取物体摆放至目标点，从而完成执行物体摆放程序。
[0053] 7)原路返回出发点并自主充电。
[0054] 本发明中，完成原路返回出发点完成自主充电时，结合上述向目标点的过程，规划出一系列逆动作来完成原路返回。当机器人105回到充电桩102附近时，此刻雷达203对充电桩102轮廓进行扫描，使得机器人正负极对准充电桩102，从而完成原路返回出发点完成自主充电，以备下一次电梯搬运任务。
[0055] 如图2所示，机器人在工作时，首先进行系统自检，当系统有误时输出相应的错误代码。当系统自检通过后，机械装置回到初始状态以及程序初始化，系统进入待机状态，等待线上用户控制端101下达相应指令，通过数据转发局域网11同步至上位机1，或线下直接给予上位机1相应指令。
[0056] 如图3所示，上位机1接收到指令后输出信号，上位机1在起始楼层接收到运货指令后输出信号，与自主充电桩102断开连接，通过传感器2的超声波传感器201、雷达传感器202和IMU传感器203，识别并判断周围环境及机身姿态，从而建立搬运楼层局部地图并且完成搬运楼层最优运输路径规划。
[0057] 如图4所示，最优路径规划完成后,上位机1给CAN分析仪7发CAN信号来控制底盘电机9工作，带动机器人105按照归划路径运行至搬运地点前合理位置，并给CAN分析仪7发CAN信号来控制升降台电机，从而带动升降台104上的摄像头106对目标物体进行精确识别。同时，机器人105进行车臂协同控制将本身位置调整至机械臂103可抓取的工作空间；再由上位机通过以太网和串口通信分别控制下位机6和舵机驱动电路3控制机械臂103上的夹爪204抓取物体，并将物体放入指定位置之后调整车臂姿态，完成执行自主搬运程序。
[0058] 如图5所示，当完成执行自主搬运程序后，运行至电梯按钮前合理位置。上位机1根据指令楼层和起始楼层的对比，来判断应该是按下上升键还是下降键，从而摄像头106对所需按键提取像素深度信息并启动车臂协调系统。当电梯按钮在机械臂103工作空间之内，上位机1通过柔顺控制完成机械臂103执行按电梯按钮动作。在此之后，控制机器人105运动至电梯门前来等待电梯到来；进入电梯之后，重复上述的按电梯按钮过程，只是将对应识别按钮信息目标楼层数字。机器人105到达目标楼层后驶出电梯，从而完成电梯乘坐任务。
[0059] 如图6所示，当完成电梯乘坐任务后，机器人105到达目标楼层之后，切换全局地址并通过超声波传感器201、IMU传感器202和雷达传感器203，来识别周围环境及机身姿态，从而建立目标楼层局部地图并且完成目标楼层最优路径规划。
[0060] 如图2所示，最优路径规划完成后，根据所规划路径，上位机1发送CAN指令给底盘使得机器人105运动至摆放处；通过机械臂103、摄像头106以及升降台电机8三者协同工作，使得摄像头106根据指令识别出需抓取物体。机械臂103通过姿态解算配合升降台104与机械臂夹爪204将抓取物体摆放至目标点，从而完成执行物体摆放程序。
[0061] 如图7所示，完成执行物体摆放程序后，结合上述向目标点的过程，规划出一系列逆动作来完成原路返回。当机器人105回到充电桩102附近时，此刻雷达203对充电桩102轮廓进行扫描，使得机器人正负极对准充电桩102，从而完成原路返回出发点完成自主充电，以备下一次电梯搬运任务。
[0062] 机器人工作时，先进行系统自检、机械装置回中归位以及程序初始化。当系统有误时输出相应的错误代码，系统自检通过后，进入待机状态，等待用户控制端12下达相应指令，通过数据转发局域网10同步至上位机1，或线下直接给上位机1发送指令。上位机1收到指令后，开始执行相应程序进行工作。本发明实现了楼层之间的货物搬运由人工搬运向机器人结合电梯自主的转变。通过视觉、听觉、定位以及电机控制等系统来实现电梯自主乘坐与货物搬运，缓解劳动力不足压力，节约搬运人工成本。
[0063] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0064] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
