移動機器人的圖形化控制組態方法
【專利摘要】本發明涉及移動機器人控制【技術領域】，特別是一種移動機器人的圖形化控制組態方法，在用于構建控制邏輯的組態軟件中集成機器人控制元件，然后利用所述控制元件完成控制邏輯的組態，實現對機器人的動作控制，具體包括以下步驟：1、根據機器人的動作控制特征，設計控制元件的結構；2、分析機器人的接口函數，依次實現各個控制元件的功能，并將控制元件集成到組態軟件中；3、設計應用情景，以圖形化的方式完成控制邏輯的組態編輯；4、將控制邏輯下載至機器人控制站中執行；控制邏輯執行時，在組態軟件的界面中顯示控制過程的中間數據，以實時監控和干預控制過程。該方法易于實現，方便監控、調試，降低了開發難度，提高了開發效率。
【專利說明】移動機器人的圖形化控制組態方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及移動機器人控制【技術領域】，特別是一種移動機器人的圖形化控制組態方法。
【背景技術】
[0002]機器人技術是各國科技與經濟的必爭領域。盡管目前與其他領域相比，機器人技術的發展還相對不成熟，但從世界機器人的總體發展趨勢來看，該行業仍是一個蘊含巨大發展潛力的產業，能夠帶動其他更多行業的整體發展。在未來，移動機器人、服務機器人、醫療機器人及娛樂機器人將會逐漸深入到人們的日常生活中。
[0003]移動機器人是一個集環境感知、動態決策與規劃、行為控制與執行等多種功能于一體的綜合系統。由于移動機器人的開發涉及到許多底層硬件，其編程語言又缺乏簡潔性和高效性，嚴重地制約了機器人技術的快速發展。因此，將圖形化開發的思想應用到移動機器人編程領域，能夠降低編程的復雜性，提高系統的開發效率，這對機器人技術的發展具有重要的促進作用。
[0004]但是，現有技術還存在如下問題:(I)移動機器人的開發涉及許多底層硬件，其編程語言繁雜，開發難度大，效率低；(2)現有的圖形化編程方法常以“黑盒”的方式呈現，機器人控制過程的中間變量狀態無法預知，不利于人們對機器人的控制過程進行監控和干預；(3)現有的圖形化編程方法的圖形組件往往過于模塊化，出現故障時難以找到具體問題產生的模塊，解除故障的效率較低，不利于故障的檢查與修復。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種移動機器人的圖形化控制組態方法，該方法易于實現，方便監控、調試，降低了開發難度，提高了開發效率。
[0006]為實現上述目的，本發明的技術方案是:一種移動機器人的圖形化控制組態方法，在用于構建控制邏輯的組態軟件中集成機器人控制元件，然后利用所述控制元件完成控制邏輯的組態，實現對機器人的動作控制；機器人控制過程的中間數據在組態軟件的界面中顯示，以實時監控和干預控制過程。
[0007]進一步地，對機器人的動作控制包括傳感控制、通信控制和驅動控制；實現對機器人傳感控制的控制元件包括紅外傳感器開關元件、紅外數據讀取元件、聲納傳感器開關元件、聲納數據讀取元件，用于實現機器人傳感數據的讀取；實現對機器人通信控制的控制元件包括機器人通信元件、機器人啟動元件，用于實現通訊信號的控制；實現對機器人驅動控制的控制元件包括向前定距離運動元件、向后定距離運動元件、向左定距離運動元件、向右定距離運動元件、左右輪給速運動元件，用于實現基本指令的驅動。
[0008]進一步地，所述的移動機器人的圖形化控制組態方法，包括以下步驟:
步驟1:根據機器人的動作控制特征，設計控制元件的結構；
步驟2:分析機器人的接口函數，依次實現各個控制元件的功能，并將控制元件集成到組態軟件中；
步驟3:設計應用情景，以圖形化的方式完成控制邏輯的組態編輯；
步驟4:將控制邏輯下載至機器人控制站中執行；控制邏輯執行時，在組態軟件的界面中顯示控制過程的中間數據，以實時監控和干預控制過程。
[0009]進一步地，步驟I具體包括:分析控制元件的功能，確定控制元件的輸入、輸出變量及其他控制參數的個數與類型，明確控制元件的輸入、輸出變量之間的函數關系。
[0010]進一步地，步驟2具體包括:根據已有的機器人系統提供的開發函數庫，確定各控制元件對應的接口函數，并在組態軟件中根據控制元件的結構和接口函數的調用方法實現各個控制兀件。
[0011]進一步地，步驟3具體包括:根據機器人實際應用的需要，設計機器人的動作情景，并以圖形化的方式通過控制元件的組態實現機器人的控制邏輯。
[0012]相較于現有技術，本發明的有益效果在于:
(I)本發明采用圖形化的方式進行機器人編程，降低了機器人開發的難度，提高了開發效率。
[0013](2)本發明采用控制組態的方式實現對機器人的控制，支持用戶對機器人控制過程的中間數據進行實時監控。
[0014](3)本發明以組態元件作為圖形化控制單元，能夠更方便、靈活地對控制過程進行調試，提高故障檢查和修復的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發明實施例的實現流程圖。
[0016]圖2是本發明實施例中左右輪給速運動元件的結構設計示意圖。
[0017]圖3是本發明實施例中左右輪給速運動元件的程序實現流程圖。
[0018]圖4是本發明實施例中機器人舞步運動的軌跡示意圖。
[0019]圖5是本發明實施例中機器人舞步運動的控制邏輯示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0021]本發明提供的移動機器人的圖形化控制組態方法，其基本原理是:將機器人的動作控制分為傳感控制、通訊控制和驅動控制，并提供一系列機器人控制元件分別用于機器人傳感數據的讀取、通訊信號的控制與基本指令的驅動；機器人的控制過程按照一定的邏輯通過圖形化的方式進行元件組態來實現，控制過程可以被實時監控和干預。具體技術方案如下:
本發明移動機器人的圖形化控制組態方法，在用于構建控制邏輯的組態軟件中集成機器人控制元件，然后利用所述控制元件完成控制邏輯的組態，實現對機器人的動作控制。
[0022]所述機器人的動作控制包括傳感控制、通信控制和驅動控制，上述傳感控制、通信控制和驅動控制通過一系列不同的機器人控制元件分別控制來實現機器人傳感數據的讀取、通訊信號控制以及動力驅動的功能；實現對機器人傳感控制的控制元件包括紅外傳感器開關元件、紅外數據讀取元件、聲納傳感器開關元件、聲納數據讀取元件，用于實現機器人傳感數據的讀取；實現對機器人通信控制的控制元件包括機器人通信元件、機器人啟動元件，用于實現通訊信號的控制；實現對機器人驅動控制的控制元件包括向前定距離運動元件、向后定距離運動元件、向左定距離運動元件、向右定距離運動元件、左右輪給速運動元件，用于實現基本指令的驅動。具體的，所述聲納數據讀取元件能夠讀取聲納傳感器獲取的距離測量值；所述機器人通信元件可以使組態軟件與機器人之間建立通信連接關系；所述左右輪給速運動元件能夠對機器人左右輪的速度進行設置，同時可以驅動左右輪按給定的速度進行轉動。
[0023]本發明移動機器人的圖形化控制組態方法，機器人控制過程的中間數據在組態軟件的界面中顯示，以實時監控和干預控制過程。
[0024]組態軟件的功能包括編輯組態控制邏輯，軟件通過控制組態元件構建控制策略，并將邏輯編程成控制站所需的格式。本發明將研制的一系列機器人控制元件集成到組態軟件中，并利用組態軟件提供的圖形化界面采用元件組態的方法實現機器人的控制邏輯組態。本發明中控制邏輯組態上的各個控制元件的輸入值與輸出值能夠及時地反饋到控制邏輯組態的界面中，并直觀地顯示在控制元件的兩側，使得用戶能夠對機器人控制過程的中間過程數據進行實時監控。用戶可以根據需要對機器人的控制過程進行干預操作。所述干預操作包括對控制元件進行增加、刪除、替換以及更改元件間的邏輯導向關系。
[0025]具體地，如圖1所示，本發明移動機器人的圖形化控制組態方法，包括以下步驟: 步驟1:根據機器人的動作控制特征，設計控制元件的結構。
[0026]具體包括:分析控制元件的功能，確定控制元件的輸入、輸出變量及其他控制參數的個數與類型，明確控制元件的輸入、輸出變量之間的函數關系。
[0027]以左右輪給速運動元件S_Run為例，圖2為S_Run元件的結構設計示意圖。所述元件的控制功能是可以對機器人左右輪的速度進行設置，也可以驅動左右輪按給定的速度進行轉動。所述元件的輸入變量包括Xl (使能信號)、X2 (復位信號)、X3 (左輪速度)、X4 (右輪速度)，輸出變量為Y(指令執行狀態)，且無其他控制參數。所述元件的輸入、輸出變量的函數關系如:Y=S_Run (XI，X2, X3, X4)。
[0028]步驟2:分析機器人的接口函數，依次實現各個控制元件的功能，并將控制元件集成到組態軟件中。
[0029]具體包括:根據已有的機器人系統提供的開發函數庫，確定各控制元件對應的接口函數，并在組態軟件中根據控制元件的結構和接口函數的調用方法實現各個控制元件的功能。
[0030]以左右輪給速運動元件S_Run為例,該元件的實現方法如圖3所示。S_Run元件內部集成了設置機器人左右輪的速度、驅動左右輪按給定速度轉動的接口函數的調用方法，其中設置機器人左右輪速度的接口函數的調用可通過輸入變量X3 (左輪速度)和X4 (右輪速度)來實現。S_Run元件計算過程中，當Xl (使能信號)為I時，S_Run元件內部將通過上述2種接口函數分別發送一次機器人兩輪速度設置的指令和機器人兩輪定速轉動的指令給機器人。若機器人執行指令正常，將返回一個指令執行狀態的標志，S_Run元件內部將其輸出變量Y賦值為I。
[0031]步驟3:設計應用情景，以圖形化的方式完成控制邏輯的組態編輯。
[0032]具體包括:根據機器人實際應用的需要，設計機器人的動作情景，并以圖形化的方式通過控制元件的組態實現機器人的控制邏輯。
[0033]以機器人跳交際舞的動作情景為例，其舞步運動軌跡如圖4所示，其主要控制邏輯如圖5所示。所述控制邏輯涵蓋的控制元件包括左右輪給速運動元件S_Run、數字量發生器元件、信號放大器元件、正弦波發生器元件、中間數字量元件和繪圖輔助元件等。具體說明如下:
如圖5所示，通過控制元件的組態，可實現機器人舞步運動。具體控制過程說明如下:在S_Run元件的輸入變量X3 (左輪速度)和X4 (右輪速度)的前端分別連入一個經信號放大器元件放大后的正弦波信號，且兩個正弦波的相位相差半個周期。當輸入變量Xl (使能信號)值為I時，機器人將接收到S_Run元件發送的相應指令，其左右輪將在正弦波信號的驅動下轉動，并呈現出類似交誼舞的舞步運動軌跡。此外，對正弦波相位進行適當的調整，可以改變機器人的舞步運動軌跡。
[0034]步驟4:將控制邏輯下載至機器人控制站中執行；控制邏輯執行時，在組態軟件的界面中顯示控制過程的中間數據，以實時監控和干預控制過程。
[0035]以上是本發明的較佳實施例，凡依本發明技術方案所作的改變，所產生的功能作用未超出本發明技術方案的范圍時，均屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種移動機器人的圖形化控制組態方法，其特征在于，在用于構建控制邏輯的組態軟件中集成機器人控制元件，然后利用所述控制元件完成控制邏輯的組態，實現對機器人的動作控制；機器人控制過程的中間數據在組態軟件的界面中顯示，以實時監控和干預控制過程。
2.根據權利要求1所述的移動機器人的圖形化控制組態方法，其特征在于，對機器人的動作控制包括傳感控制、通信控制和驅動控制；實現對機器人傳感控制的控制元件包括紅外傳感器開關元件、紅外數據讀取元件、聲納傳感器開關元件、聲納數據讀取元件，用于實現機器人傳感數據的讀取；實現對機器人通信控制的控制元件包括機器人通信元件、機器人啟動元件，用于實現通訊信號的控制；實現對機器人驅動控制的控制元件包括向前定距離運動元件、向后定距離運動元件、向左定距離運動元件、向右定距離運動元件、左右輪給速運動元件，用于實現基本指令的驅動。
3.根據權利要求1所述的移動機器人的圖形化控制組態方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:根據機器人的動作控制特征，設計控制元件的結構； 步驟2:分析機器人的接口函數，依次實現各個控制元件的功能，并將控制元件集成到組態軟件中； 步驟3:設計應用情景，以圖形化的方式完成控制邏輯的組態編輯； 步驟4:將控制邏輯下載至機器人控制站中執行；控制邏輯執行時，在組態軟件的界面中顯示控制過程的中間數據，以實時監控和干預控制過程。
4.根據權利要求3所述的移動機器人的圖形化控制組態方法，其特征在于，步驟I具體包括:分析控制元件的功能，確定控制元件的輸入、輸出變量及其他控制參數的個數與類型，明確控制元件的輸入、輸出變量之間的函數關系。
5.根據權利要求3所述的移動機器人的圖形化控制組態方法，其特征在于，步驟2具體包括:根據已有的機器人系統提供的開發函數庫，確定各控制元件對應的接口函數，并在組態軟件中根據控制元件的結構和接口函數的調用方法實現各個控制元件的功能。
6.根據權利要求3所述的移動機器人的圖形化控制組態方法，其特征在于，步驟3具體包括:根據機器人實際應用的需要，設計機器人的動作情景，并以圖形化的方式通過控制元件的組態實現機器人的控制邏輯。
【文檔編號】G05D1/02GK103605366SQ201310588032
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】鄭松, 張望, 劉朝儒, 黃為民 申請人:福州大學