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CN109891350A - 控制在轨道上运行的机器人的运动的方法 - Google Patents

控制在轨道上运行的机器人的运动的方法 Download PDF

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CN109891350A CN201780067541.8A CN201780067541A CN109891350A CN 109891350 A CN109891350 A CN 109891350A CN 201780067541 A CN201780067541 A CN 201780067541A CN 109891350 A CN109891350 A CN 109891350A
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Abstract

用于控制机器人从开始位置到停止位置的运动的方法和控制器，其中机器人具有成对的轮子，轮子具有由局部控制器控制的驱动装置。基于每个轮子的当前速度和角位置以及机器人相对于框架结构的位置，主控制器基于每个轮子的当前速度和角位置、机器人的当前全局位置以及机器人的开始位置和停止位置来为成对的轮子设置单独的速度驱动序列。速度驱动序列被传输到控制成对的轮子的局部控制器，从而通过单独的驱动装置控制每个轮子的加速和减速。局部控制器确保成对的轮子保持同步。

Description

控制在轨道上运行的机器人的运动的方法
技术领域
本发明涉及一种在框架结构上布置的轨道上运动的遥控机器人，更具体地说，涉及一种用于控制机器人的每个轮子并同步成对的轮子的方法和控制器，以使其相对于框架结构从开始位置平稳地移动到停止位置。
背景技术
已知一种用于从存储系统中拾取存储箱柜的遥控车辆或机器人。在欧洲专利EP1037828B1中给出了相关现有技术的存储系统的详细描述，并且在挪威专利NO317366B1和WO2015193278A1中详细公开了适用于这种存储系统的现有技术的车辆的细节。这种现有技术的存储系统包括三维存储网格，该网格包含堆叠在彼此之上直到某一高度的存储箱柜。存储网格通常被构造成铝柱，铝柱被顶部导轨或轨道互连，多个遥控车辆或机器人被布置成在其上横向移动。每辆车辆配备有电机，用于将车辆从一个位置移动到另一个位置，并用于驱动提升装置，该提升装置适于拾取、携带和放置存储在存储网格中的箱柜。电源(例如可充电电池)向车辆中包括的电机和驱动器供电。车辆通常通过无线链路与控制系统通信，并且可在需要时在充电站充电。
轮子的旋转可以由连接到轮子上的皮带驱动，或者由位于轮子上或至少部分地位于轮子内的单独驱动装置驱动。最后一个例子将给响应性机器人在开始位置和停止位置之间的加速和减速提供高控制度。
当在直线轨道上移动的机器人的轮子被单独控制和操作时，这些轮子必须被控制得好像它们是一个实体，从而通过稳定的运动来移动机器人，而不是以偏航(off-lead，偏离导引)角度来驱动机器人。
理想情况下，当机器人移动时，相似大小的轮子将以相同的速度旋转。然而，当每个轮子被单独驱动时，有几个因素可能导致轮子的转速不同。这些因素可能是以不同方式旋转、滑动和负载轮子。如果出现这种情况，机器人的运动将会不平稳并且可能会以偏航角度被驱动。
因此，本发明的一个目的是提供一种机器人运动的最佳控制方法和装置，以便将机器人在轨道上从开始位置平稳地移动到停止位置，而与轮子在轨道上滚动时可能发生的任何干扰无关。这是通过为控制机器人的每个轮子的控制器设置速度驱动序列来实现的，并且其中，控制器根据速度驱动序列来同步成对的轮子，以便将机器人从开始位置平稳地移动到停止位置。
发明内容
本发明由一种用于控制机器人从开始位置到停止位置的移动的方法来定义，其中，机器人在框架结构上布置的轨道上移动，框架结构形成网格，机器人具有成对的轮子，轮子由连接到每个轮子的单独的驱动装置的局部控制器控制。
该方法的特征在于用速度和角位置传感器监控每个轮子，该速度和角位置传感器连接到控制成对的轮子的局部控制器，并且其中，在与每个局部控制器通信的主控制器中进行以下步骤：
–接收机器人的开始位置和停止位置；
–从局部控制器接收每个轮子的当前速度和角位置；
–接收机器人相对于框架结构的全局位置；
–基于每个轮子的当前速度和角位置、机器人的当前全局位置以及机器人的开始位置和停止位置，为每对轮子设置单独的速度驱动序列；
–将速度驱动序列传输到局部控制器中的每一个，以控制每对轮子的加速和减速；以及
–重复以上步骤以控制机器人从开始位置到停止位置的运动。
在从属权利要求中定义了该方法的进一步特征。
本发明还由用于控制机器人从开始位置到停止位置的运动的主控制器来定义，其中，机器人在框架结构上布置的轨道上移动，框架结构形成网格，机器人具有成对的轮子，轮子由连接到每个轮子的单独的驱动装置的局部控制器控制。主控制器连接到控制每对轮子的局部控制器，其中，局部控制器通过连接到局部控制器的速度传感器和角度传感器向主控制器提供每个轮子的速度和角位置，并且其中，主控制器包括：
–输入装置，用于接收机器人的开始位置和停止位置以及由所述局部控制器提供的每个轮子的当前速度和角位置；
–输入装置，用于接收机器人相对于框架结构的全局位置；
–计算装置，用于基于每个轮子的当前速度和角位置、机器人的当前全局位置以及机器人的开始位置和停止位置，为每对轮子设置单独的速度驱动序列；
–输出装置，用于将速度驱动序列传输到局部控制器中的每一个，以控制每对轮子的加速和减速。
在从属权利要求中定义了该主控制器的进一步特征。
附图说明
现在将参照附图描述本发明，其中：
图1示出了存储系统的一部分，其中几个机器人被直接布置在相应的存储柱上方；
图2示出了一个带有一组独立驱动的轮子的遥控机器人的示例；以及
图3示出了用于控制成对的机器人轮子的主控制器和局部控制器的总体视图。
具体实施方式
本发明通过用于控制机器人的每个轮子并同步成对的轮子以使其从开始位置平稳地移动到停止位置的方法和控制器被加以定义。当机器人在轨道上移动时，受控的平滑移动尤其重要，以便有效地将机器人从一个点移动到另一个点，同时避免以偏航角度移动。图1和图2示出了在存储系统顶部的轨道上移动的机器人。
图1示出了存储系统10的一部分，其中几个遥控机器人50直接布置在由框架结构制成的相应存储柱30的上方，该框架结构形成箱柜存储网格40。箱柜存储网格40的上部设有机器人50运行的专用支撑轨道20。机器人50被配置成在轨道20上沿x方向和y方向移动，并且从箱柜存储网格40内的存储柱30接收存储箱柜。
图2示出了遥控机器人50的示例。机器人50适于从底层存储系统10拾取存储箱柜。机器人50的主体包括用于接收存储箱柜的空腔。在该示例中，空腔被布置在机器人50内的中心，并且被机器人50的主体包围。机器人50的主体还包括用于提升和降低存储箱柜的提升装置。然而，本发明适用于任何类型的带轮子的机器人。
机器人50还包括轮子60，轮子60使得机器人50能够在底层存储系统10上沿第一方向x和第二方向y移动。轮子60连接到位于轮子60处或至少部分地位于轮子60内的驱动装置，以用于向机器人50提供驱动力。这种配置将占据的机器人50内的空间最小，从而为机器人50中的其他装置释放空间。
机器人50还包括被配置成控制机器人50的运动的控制装置。每个轮子60的控制装置连接到驱动装置，驱动装置连接到每个轮子60。机器人50还设置有用于接收和发送信号的无线通信。
图3示出了根据本发明的主控制器的总视图。主控制器适于控制机器人50从开始位置到停止位置的移动，其中，机器人50在框架结构上布置的轨道上移动，框架结构形成网格，机器人50具有成对的轮子W1和W2、轮子W3和W4，轮子由局部控制器(控制器1-2、控制器3-4)、以及单独的驱动装置(驱动器1、驱动器2、驱动器3、驱动器4)控制，如图所示。每个单独的驱动装置控制施加到连接的轮子上的速度和力。
用于控制机器人50的每个轮子和同步成对的轮子的本发明方法包括由主控制器进行的几个步骤。主控制器优选地容纳在机器人50内部，但是它也可以位于机器人50的外部。然而，这确实需要容纳在机器人50中的单独的局部控制装置和主控制器之间更多的无线通信。
第一步是接收机器人50的开始位置和停止位置。
开始位置和停止位置将取决于在从存储柱30中拾取盒子并将其放置在另一个存储柱30中之前为机器人50设置的路线。特定机器人50的路线将由监控系统来建立，监控系统对所有存储箱柜及其容量进行控制。
机器人50的开始位置将是其静止不动的位置。机器人50将一直跟踪该位置。该位置可以通过不同的方式获得。一种方法是跟踪机器人50相对于框架结构顶部轨道的x、y位置。这将是机器人50的全局位置。该位置可以通过位于机器人50外部的跟踪装置或者通过集成在机器人50中的装置获得。外部跟踪装置和集成跟踪装置的结合将提高位置确定的准确性。
通过使用集成的跟踪装置，当机器人50在轨道(其在框架结构的顶部被布置为网格)上移动时，通过检测从已知的开始位置沿x方向和y方向通过的交叉点的数量(即像在电子表格中的单元格之间移动一样)，机器人50将能够追踪其位置。
除了开始位置，主控制器还必须接收用于控制机器人50运动的停止位置的信息。
如果机器人50根据用于进行完整操作的路线仅在一个方向上移动，以便从一个存储柱中拾取存储箱柜并将其下降到另一个存储柱中，则对于完整操作将仅有一个开始位置和停止位置。然而，机器人50更有可能根据路线在不同的x方向和y方向上移动，以到达最终目的地。如果整条路线沿着不同的方向行驶或者由于其他机器人阻挡了从开始位置到停止位置的最短路线，情况可能就是这样。在这种情况下，第一开始位置将是机器人50拾起或放下存储箱柜的位置。第一停止位置将是机器人50必须改变方向以跟随路线的位置。该停止位置将是下一个开始位置，依此类推。如果机器人50必须改变三次方向，将有三个开始位置和停止位置，即路线的第一步、第二步和第三布。
当已经建立机器人50路线的第一步的开始位置和停止位置之后，下一步是让主控制器接收机器人50的每个轮子的当前速度：速度1、速度2、速度3、速度4和角位置：位置1、位置2、位置3、位置4。该信息是通过速度和角度位置传感器在每个轮子上测量这些参数来提供的。
将每个轮子的当前速度和角位置输入到局部控制器(控制器1-2、控制器3-4)，它们各自控制成对的轮子W1和W2、W3和W4的同步。
当机器人50沿着路线移动时，机器人50相对于框架结构的位置被连续跟踪并被提供给主控制器。
在一个实施例中，机器人50的位置是由相对于轨道跟踪机器人50的外部跟踪装置提供的全局x，y位置。
在本发明的另一个实施例中，机器人50还包括轨道传感器，用于检测相对于其当前行驶的轨道的绝对位置。将机器人50的绝对位置与全局位置相结合将提高所确定的位置的准确性。
当主控制器已经接收到每个轮子W1、W2、W3和W4的开始位置和停止位置、当前速度和角位置以及机器人50的当前位置的信息时，主控制器将使用该信息为每对轮子W1-2和轮子W3-4设置单独的速度驱动序列Vseq1-2和Vseq3-4。
考虑到机器人50的设定的开始位置和停止位置以及当前位置，基于每个轮子的速度和角位置数据来建立每个速度驱动序列Vseq1-2和Vseq3-4。
这些速度驱动序列Vseq1-2、Vseq3-4被传输到局部控制器(控制器1-2、控制器3-4)中的每一个，这些控制器依次控制每个轮子的驱动器(驱动器1、驱动器2、驱动器3、驱动器4)。
每个驱动序列将定义一系列速度数据，该数据定义从开始位置到停止位置的运动期间每对轮子的加速度、恒速和减速度。每对轮子的局部控制器(控制器1-2和控制器3-4)将使用速度驱动序列Vseq1-2、Vseq3-4来控制轮子的单独驱动装置(驱动器1、驱动器2、驱动器3、驱动器4)。
当机器人50沿着其路线移动时，定义了速度驱动序列的数据将根据机器人50的加速度、恒速和减速度连续更新。这意味着定义了成对的轮子的速度的驱动序列可能会沿着路线变化。速度驱动序列的更新速度可以以预定速率设置和传输。当机器人50从开始位置移动到停止位置时，其也可以沿着机器人50的路线改变。
将重复上述定义的不同的步骤，直到机器人50到达其目的地，或者当机器人50要改变方向时，例如在机器人50的开始位置和停止位置之间重复这些步骤。
在本发明的一个实施例中，如果一个轮子50的当前速度偏离由速度驱动序列设定的成对的轮子的设定速度，则控制成对的轮子的局部控制器将控制轮子的驱动器以调节轮子60的速度。这意味着，沿垂直于驱动方向的同一轴线的成对的轮子始终与速度驱动序列设定的速度同步，而与减慢轮子速度的可能因素(例如旋转、滑行、障碍物等)无关。
因此局部控制器根据设定的速度驱动序列使成对的轮子保持同步。这将提供对机器人50运动的精确控制，即使一个或几个轮子的速度由于某种原因偏离由速度驱动序列设定的速度。
同步可以快速进行，以确保成对的轮子完全同步。通常，每个轮子的速度和角位置每秒测量60000次，并且进行相应的连续计算来控制每个轮子的驱动器，以保持成对的轮子与速度驱动序列设置的速度同步。
上述方法提供了对机器人50的运动的最佳控制，以便使机器人50无偏航角度地平稳地从开始位置移动到停止位置，而与轮子在轨道上滚动时可能发生的任何干扰无关。
本发明还由当被处理器执行时进行上述方法的软件程序产品来定义。处理器是主控制器的一部分或连接到主控制器。
本发明还由控制器来定义，该控制器用于在从开始位置移动到停止位置时控制上述机器人50的移动。这将作为机器人50运动的主控制器。
主控制器连接到局部控制器(控制器1-2、控制器3-4)，它们控制成对的轮子W1-2和W3-4。局部控制器(控制器1-2、控制器3-4)通过连接到局部控制器的速度和角度传感器向主控制器提供每个轮子60的速度和角位置数据。
主控制器包括输入装置，输入装置用于接收机器人50的开始位置和停止位置以及由局部控制器(控制器1-2、控制器3-4)提供的每个轮子60的当前速度和角位置。主控制器还包括用于接收机器人50相对于框架结构的位置的输入装置。
主控制器还包括计算装置，计算装置用于基于每个轮子60的当前速度和角位置、机器人50的当前位置以及机器人50的开始位置和停止位置为每对轮子60(W1-2和W3-4)设置速度驱动序列Vseq1-2、Vseq3-4。
主控制器还包括输出装置，输出装置用于将速度驱动序列Vseq1-2、Vseq3-4传送到局部控制器(控制器1-2、控制器3-4)中的每一个，从而控制每对轮子60(W1-2和W3-4)的加速和减速。因此，速度数据由主控制器控制，并且优选地每5毫秒更新一次。
在一个实施例中，主控制器容纳在机器人50内部。然后，主控制器连接到局部控制器(控制器1-2、控制器3-4)，控制成对的轮子W1-2和W3-4并读取每个轮子的速度和角位置数据。
在一个实施例中，主控制器可以连接到提供相对于框架结构的全局位置的装置。在另一个实施例中，该信息可以通过将机器人50的位置数据传输到主控制器的外部装置来提供。用于提供机器人50的全局位置的机载和外部装置的组合也是可行的。
通过提供由机器人50中包括的轨迹传感器提供的局部位置数据，可以提高确定机器人50位置的精确度。
本发明将提供正在移动的机器人50的受控的且平稳的移动。机器人将始终沿着轨道均匀移动，即，防止机器人50由于偏斜负载、滑动或摩擦问题而以偏航角度移动。

Claims (11)

1.一种用于控制机器人50从开始位置到停止位置的运动的方法，其中，所述机器人50在框架结构上布置的轨道20上移动，所述框架结构形成网格40，所述机器人50具有成对的轮子W1-2和W3-4，这些成对的轮子由局部控制器——控制器1-2、控制器3-4控制，所述局部控制器连接到每个轮子60的单独的驱动装置——驱动器1、驱动器2、驱动器3、驱动器4；
其特征在于，用速度传感器和角位置传感器监控每个轮子60，所述速度传感器和所述角位置传感器连接到控制成对的轮子W1-2和W3-4的所述局部控制器——控制器1-2、控制器3-4，并且其中，在与所述局部控制器——控制器1-2、控制器3-4中的每一个通信的主控制器中进行以下步骤：
–接收所述机器人50的开始位置和停止位置；
–从所述局部控制器——控制器1-2、控制器3-4接收每个轮子60的当前的速度和角位置；
–接收所述机器人50相对于所述框架结构的位置；
–基于每个轮子60的当前的速度和角位置、所述机器人50的当前位置、以及所述机器人50的开始位置和停止位置，为每对轮子W1-2和W3-4设置速度驱动序列Vseq1-2、Vseq3-4；
–将所述速度驱动序列Vseq1-2、Vseq3-4传输到所述局部控制器——控制器1-2、控制器3-4中的每一个，以控制每对轮子W1-2和W3-4的加速和减速；以及
–重复以上步骤以控制所述机器人50从所述开始位置到所述停止位置的运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机器人50的位置是由所述机器人50相对于轨道的外部跟踪提供的所述机器人50的全局x、y位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机器人50的位置是所述机器人50相对于所述轨道的绝对局部位置，其中，该局部位置由所述机器人50中包括的轨道传感器提供。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述速度驱动序列定义了用于使所述机器人50从开始位置运动的加速度、用于使所述机器人50向停止位置运动的减速度、以及用于使所述机器人50在所述开始位置和所述停止位置之间运动的恒定速度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，如果一个轮子50的当前的速度偏离由所述速度驱动序列设定的成对的轮子的设定速度，则每个局部控制器——控制器1-2、控制器3-4调整该成对的轮子W1-2和W3-4中的该一个轮子60的速度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述速度驱动序列以预定速率传输。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述速度驱动序列包括根据所述机器人50要沿循的路线的不同的开始位置和停止位置。
8.一种用于控制机器人50从开始位置到停止位置的运动的主控制器，其中，所述机器人50在框架结构上布置的轨道20上移动，所述框架结构形成网格40，所述机器人50具有成对的轮子W1-2和W3-4，这些成对的轮子由局部控制器——控制器1-2、控制器3-4控制，所述局部控制器连接到每个轮子60的单独的驱动装置——驱动器1、驱动器2、驱动器3、驱动器4；
其特征在于，所述主控制器连接到控制每对轮子W1-2和W3-4的所述局部控制器——控制器1-2、控制器3-4，其中，所述局部控制器——控制器1-2、控制器3-4通过连接到所述局部控制器——控制器1-2、控制器3-4的速度传感器和角度传感器向所述主控制器提供每个轮子60的速度和角位置，并且其中，所述主控制器包括：
–用于接收所述机器人50的开始位置和停止位置、以及由所述局部控制器——控制器1-2、控制器3-4提供的每个轮子60的当前的速度和角位置的输入装置；
–用于接收所述机器人50相对于所述框架结构的位置的输入装置；
–计算装置，用于基于每个轮子60的当前的速度和角位置、所述机器人50的当前位置、以及所述机器人50的所述开始位置和停止位置，为每对轮子60——W1-2和W3-4设置速度驱动序列Vseq1-2、Vseq3-4；
–输出装置，用于将所述速度驱动序列Vseq1-2、Vseq3-4传输到所述局部控制器——控制器1-2、控制器3-4中的每一个，以控制每对轮子60——W1-2和W3-4的加速和减速。
9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述控制器连接到包括在所述机器人50中的轨道传感器。
10.根据权利要求8或9所述的控制器，其特征在于，所述控制器嵌入在所述机器人50中。
11.一种软件程序产品，其中，当由处理器执行时，所述软件程序产品实施根据权利要求1至7所述的方法。
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