移动机器人的图形化控制组态方法
【专利摘要】本发明涉及移动机器人控制【技术领域】，特别是一种移动机器人的图形化控制组态方法，在用于构建控制逻辑的组态软件中集成机器人控制元件，然后利用所述控制元件完成控制逻辑的组态，实现对机器人的动作控制，具体包括以下步骤：1、根据机器人的动作控制特征，设计控制元件的结构；2、分析机器人的接口函数，依次实现各个控制元件的功能，并将控制元件集成到组态软件中；3、设计应用情景，以图形化的方式完成控制逻辑的组态编辑；4、将控制逻辑下载至机器人控制站中执行；控制逻辑执行时，在组态软件的界面中显示控制过程的中间数据，以实时监控和干预控制过程。该方法易于实现，方便监控、调试，降低了开发难度，提高了开发效率。
【专利说明】移动机器人的图形化控制组态方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动机器人控制【技术领域】，特别是一种移动机器人的图形化控制组态方法。
【背景技术】
[0002]机器人技术是各国科技与经济的必争领域。尽管目前与其他领域相比，机器人技术的发展还相对不成熟，但从世界机器人的总体发展趋势来看，该行业仍是一个蕴含巨大发展潜力的产业，能够带动其他更多行业的整体发展。在未来，移动机器人、服务机器人、医疗机器人及娱乐机器人将会逐渐深入到人们的日常生活中。
[0003]移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。由于移动机器人的开发涉及到许多底层硬件，其编程语言又缺乏简洁性和高效性，严重地制约了机器人技术的快速发展。因此，将图形化开发的思想应用到移动机器人编程领域，能够降低编程的复杂性，提高系统的开发效率，这对机器人技术的发展具有重要的促进作用。
[0004]但是，现有技术还存在如下问题:(I)移动机器人的开发涉及许多底层硬件，其编程语言繁杂，开发难度大，效率低；(2)现有的图形化编程方法常以“黑盒”的方式呈现，机器人控制过程的中间变量状态无法预知，不利于人们对机器人的控制过程进行监控和干预；(3)现有的图形化编程方法的图形组件往往过于模块化，出现故障时难以找到具体问题产生的模块，解除故障的效率较低，不利于故障的检查与修复。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种移动机器人的图形化控制组态方法，该方法易于实现，方便监控、调试，降低了开发难度，提高了开发效率。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种移动机器人的图形化控制组态方法，在用于构建控制逻辑的组态软件中集成机器人控制元件，然后利用所述控制元件完成控制逻辑的组态，实现对机器人的动作控制；机器人控制过程的中间数据在组态软件的界面中显示，以实时监控和干预控制过程。
[0007]进一步地，对机器人的动作控制包括传感控制、通信控制和驱动控制；实现对机器人传感控制的控制元件包括红外传感器开关元件、红外数据读取元件、声纳传感器开关元件、声纳数据读取元件，用于实现机器人传感数据的读取；实现对机器人通信控制的控制元件包括机器人通信元件、机器人启动元件，用于实现通讯信号的控制；实现对机器人驱动控制的控制元件包括向前定距离运动元件、向后定距离运动元件、向左定距离运动元件、向右定距离运动元件、左右轮给速运动元件，用于实现基本指令的驱动。
[0008]进一步地，所述的移动机器人的图形化控制组态方法，包括以下步骤:
步骤1:根据机器人的动作控制特征，设计控制元件的结构；
步骤2:分析机器人的接口函数，依次实现各个控制元件的功能，并将控制元件集成到组态软件中；
步骤3:设计应用情景，以图形化的方式完成控制逻辑的组态编辑；
步骤4:将控制逻辑下载至机器人控制站中执行；控制逻辑执行时，在组态软件的界面中显示控制过程的中间数据，以实时监控和干预控制过程。
[0009]进一步地，步骤I具体包括:分析控制元件的功能，确定控制元件的输入、输出变量及其他控制参数的个数与类型，明确控制元件的输入、输出变量之间的函数关系。
[0010]进一步地，步骤2具体包括:根据已有的机器人系统提供的开发函数库，确定各控制元件对应的接口函数，并在组态软件中根据控制元件的结构和接口函数的调用方法实现各个控制兀件。
[0011]进一步地，步骤3具体包括:根据机器人实际应用的需要，设计机器人的动作情景，并以图形化的方式通过控制元件的组态实现机器人的控制逻辑。
[0012]相较于现有技术，本发明的有益效果在于:
(I)本发明采用图形化的方式进行机器人编程，降低了机器人开发的难度，提高了开发效率。
[0013](2)本发明采用控制组态的方式实现对机器人的控制，支持用户对机器人控制过程的中间数据进行实时监控。
[0014](3)本发明以组态元件作为图形化控制单元，能够更方便、灵活地对控制过程进行调试，提高故障检查和修复的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明实施例的实现流程图。
[0016]图2是本发明实施例中左右轮给速运动元件的结构设计示意图。
[0017]图3是本发明实施例中左右轮给速运动元件的程序实现流程图。
[0018]图4是本发明实施例中机器人舞步运动的轨迹示意图。
[0019]图5是本发明实施例中机器人舞步运动的控制逻辑示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0021]本发明提供的移动机器人的图形化控制组态方法，其基本原理是:将机器人的动作控制分为传感控制、通讯控制和驱动控制，并提供一系列机器人控制元件分别用于机器人传感数据的读取、通讯信号的控制与基本指令的驱动；机器人的控制过程按照一定的逻辑通过图形化的方式进行元件组态来实现，控制过程可以被实时监控和干预。具体技术方案如下:
本发明移动机器人的图形化控制组态方法，在用于构建控制逻辑的组态软件中集成机器人控制元件，然后利用所述控制元件完成控制逻辑的组态，实现对机器人的动作控制。
[0022]所述机器人的动作控制包括传感控制、通信控制和驱动控制，上述传感控制、通信控制和驱动控制通过一系列不同的机器人控制元件分别控制来实现机器人传感数据的读取、通讯信号控制以及动力驱动的功能；实现对机器人传感控制的控制元件包括红外传感器开关元件、红外数据读取元件、声纳传感器开关元件、声纳数据读取元件，用于实现机器人传感数据的读取；实现对机器人通信控制的控制元件包括机器人通信元件、机器人启动元件，用于实现通讯信号的控制；实现对机器人驱动控制的控制元件包括向前定距离运动元件、向后定距离运动元件、向左定距离运动元件、向右定距离运动元件、左右轮给速运动元件，用于实现基本指令的驱动。具体的，所述声纳数据读取元件能够读取声纳传感器获取的距离测量值；所述机器人通信元件可以使组态软件与机器人之间建立通信连接关系；所述左右轮给速运动元件能够对机器人左右轮的速度进行设置，同时可以驱动左右轮按给定的速度进行转动。
[0023]本发明移动机器人的图形化控制组态方法，机器人控制过程的中间数据在组态软件的界面中显示，以实时监控和干预控制过程。
[0024]组态软件的功能包括编辑组态控制逻辑，软件通过控制组态元件构建控制策略，并将逻辑编程成控制站所需的格式。本发明将研制的一系列机器人控制元件集成到组态软件中，并利用组态软件提供的图形化界面采用元件组态的方法实现机器人的控制逻辑组态。本发明中控制逻辑组态上的各个控制元件的输入值与输出值能够及时地反馈到控制逻辑组态的界面中，并直观地显示在控制元件的两侧，使得用户能够对机器人控制过程的中间过程数据进行实时监控。用户可以根据需要对机器人的控制过程进行干预操作。所述干预操作包括对控制元件进行增加、删除、替换以及更改元件间的逻辑导向关系。
[0025]具体地，如图1所示，本发明移动机器人的图形化控制组态方法，包括以下步骤: 步骤1:根据机器人的动作控制特征，设计控制元件的结构。
[0026]具体包括:分析控制元件的功能，确定控制元件的输入、输出变量及其他控制参数的个数与类型，明确控制元件的输入、输出变量之间的函数关系。
[0027]以左右轮给速运动元件S_Run为例，图2为S_Run元件的结构设计示意图。所述元件的控制功能是可以对机器人左右轮的速度进行设置，也可以驱动左右轮按给定的速度进行转动。所述元件的输入变量包括Xl (使能信号)、X2 (复位信号)、X3 (左轮速度)、X4 (右轮速度)，输出变量为Y(指令执行状态)，且无其他控制参数。所述元件的输入、输出变量的函数关系如:Y=S_Run (XI，X2, X3, X4)。
[0028]步骤2:分析机器人的接口函数，依次实现各个控制元件的功能，并将控制元件集成到组态软件中。
[0029]具体包括:根据已有的机器人系统提供的开发函数库，确定各控制元件对应的接口函数，并在组态软件中根据控制元件的结构和接口函数的调用方法实现各个控制元件的功能。
[0030]以左右轮给速运动元件S_Run为例,该元件的实现方法如图3所示。S_Run元件内部集成了设置机器人左右轮的速度、驱动左右轮按给定速度转动的接口函数的调用方法，其中设置机器人左右轮速度的接口函数的调用可通过输入变量X3 (左轮速度)和X4 (右轮速度)来实现。S_Run元件计算过程中，当Xl (使能信号)为I时，S_Run元件内部将通过上述2种接口函数分别发送一次机器人两轮速度设置的指令和机器人两轮定速转动的指令给机器人。若机器人执行指令正常，将返回一个指令执行状态的标志，S_Run元件内部将其输出变量Y赋值为I。
[0031]步骤3:设计应用情景，以图形化的方式完成控制逻辑的组态编辑。
[0032]具体包括:根据机器人实际应用的需要，设计机器人的动作情景，并以图形化的方式通过控制元件的组态实现机器人的控制逻辑。
[0033]以机器人跳交际舞的动作情景为例，其舞步运动轨迹如图4所示，其主要控制逻辑如图5所示。所述控制逻辑涵盖的控制元件包括左右轮给速运动元件S_Run、数字量发生器元件、信号放大器元件、正弦波发生器元件、中间数字量元件和绘图辅助元件等。具体说明如下:
如图5所示，通过控制元件的组态，可实现机器人舞步运动。具体控制过程说明如下:在S_Run元件的输入变量X3 (左轮速度)和X4 (右轮速度)的前端分别连入一个经信号放大器元件放大后的正弦波信号，且两个正弦波的相位相差半个周期。当输入变量Xl (使能信号)值为I时，机器人将接收到S_Run元件发送的相应指令，其左右轮将在正弦波信号的驱动下转动，并呈现出类似交谊舞的舞步运动轨迹。此外，对正弦波相位进行适当的调整，可以改变机器人的舞步运动轨迹。
[0034]步骤4:将控制逻辑下载至机器人控制站中执行；控制逻辑执行时，在组态软件的界面中显示控制过程的中间数据，以实时监控和干预控制过程。
[0035]以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种移动机器人的图形化控制组态方法，其特征在于，在用于构建控制逻辑的组态软件中集成机器人控制元件，然后利用所述控制元件完成控制逻辑的组态，实现对机器人的动作控制；机器人控制过程的中间数据在组态软件的界面中显示，以实时监控和干预控制过程。
2.根据权利要求1所述的移动机器人的图形化控制组态方法，其特征在于，对机器人的动作控制包括传感控制、通信控制和驱动控制；实现对机器人传感控制的控制元件包括红外传感器开关元件、红外数据读取元件、声纳传感器开关元件、声纳数据读取元件，用于实现机器人传感数据的读取；实现对机器人通信控制的控制元件包括机器人通信元件、机器人启动元件，用于实现通讯信号的控制；实现对机器人驱动控制的控制元件包括向前定距离运动元件、向后定距离运动元件、向左定距离运动元件、向右定距离运动元件、左右轮给速运动元件，用于实现基本指令的驱动。
3.根据权利要求1所述的移动机器人的图形化控制组态方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:根据机器人的动作控制特征，设计控制元件的结构； 步骤2:分析机器人的接口函数，依次实现各个控制元件的功能，并将控制元件集成到组态软件中； 步骤3:设计应用情景，以图形化的方式完成控制逻辑的组态编辑； 步骤4:将控制逻辑下载至机器人控制站中执行；控制逻辑执行时，在组态软件的界面中显示控制过程的中间数据，以实时监控和干预控制过程。
4.根据权利要求3所述的移动机器人的图形化控制组态方法，其特征在于，步骤I具体包括:分析控制元件的功能，确定控制元件的输入、输出变量及其他控制参数的个数与类型，明确控制元件的输入、输出变量之间的函数关系。
5.根据权利要求3所述的移动机器人的图形化控制组态方法，其特征在于，步骤2具体包括:根据已有的机器人系统提供的开发函数库，确定各控制元件对应的接口函数，并在组态软件中根据控制元件的结构和接口函数的调用方法实现各个控制元件的功能。
6.根据权利要求3所述的移动机器人的图形化控制组态方法，其特征在于，步骤3具体包括:根据机器人实际应用的需要，设计机器人的动作情景，并以图形化的方式通过控制元件的组态实现机器人的控制逻辑。
【文档编号】G05D1/02GK103605366SQ201310588032
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】郑松, 张望, 刘朝儒, 黄为民 申请人:福州大学