一种基于云计算的智能机器人系统及其控制方法与流程

本发明涉及机器人技术领域，具体是一种基于云计算的智能机器人系统及其控制方法。

背景技术：

传统的机器人在执行场景识别、即时定位和地图构建、定位导航等任务时，大量的数据交互和复杂的计算会带来巨大的存储和计算压力。随着任务复杂度的增加，高性能的应用需求对机器人提取越来越高的需求，传统机器人行业面临着巨大的成本挑战。

技术实现要素：

针对机器人领域现有技术存在的问题，本发明提供一种基于云计算的智能机器人系统及其控制方法。

本发明的技术方案是：

一种基于云计算的智能机器人系统，包括：

机器人机械本体：机械运动过程中对用户指令解析后发送给机器人运动控制系统，根据机器人运动控制系统的控制指令完成机械运动；

机器人运动控制系统：控制机器人机械本体工作，判断该用户指令由机器人运动控制系统或云计算平台执行，若判断该用户指令由机器人运动控制系统执行，则执行相应指令后向机器人机械本体发送控制指令，若判断该用户指令由云计算平台执行则将该用户指令发送至云计算平台；

数据通信模块：用于实现机器人运动控制系统与云计算平台的全双工信息交互；

云计算平台：部署若干用户指令的运算代码，根据机器人运动控制系统发来的用户指令，调取相应的运算代码进行运算处理，并将处理结果返回机器人运动控制系统。

所述机器人机械本体，包括机器人机械结构、机械结构驱动单元以及单片机控制系统；

单片机控制系统控制机械结构驱动单元驱动机器人机械结构运动；

单片机控制系统通过串口与机器人运动控制系统通信；

单片机控制系统对用户指令解析后发送给机器人运动控制系统，根据机器人运动控制系统的控制指令完成机械运动。

所述机器人运动控制系统：包括主控制器以及机器人所需的传感器模块；

主控制器控制单片机控制系统、传感器模块工作，根据单片机控制系统解析后的用户指令判断该用户指令由机器人运动控制系统或云计算平台执行，若判断该用户指令由机器人运动控制系统执行，则执行相应指令后向机器人机械本体发送控制指令，若判断该用户指令由云计算平台执行则将该用户指令发送至云计算平台。

所述数据通信模块基于WebSockets通信协议实现机器人运动控制系统与云计算平台的全双工信息交互。

本发明还提供一种所述的智能机器人系统的控制方法，包括：

在云计算平台部署若干用户指令的运算代码；

机器人运动控制系统控制机器人机械本体进行机械运动；

机器人机械本体的机械运动过程中，机器人机械本体对用户指令解析后发送给机器人运动控制系统；

机器人运动控制系统判断该用户指令由机器人运动控制系统或云计算平台执行，若该用户指令由机器人运动控制系统执行，则机器人运动控制系统执行相应指令后向机器人机械本体发送控制指令，若该用户指令由云计算平台执行则将该用户指令经数据通信模块发送至云计算平台；

云计算平台根据机器人运动控制系统发来的用户指令，调取相应的运算代码进行运算处理，并将处理结果返回机器人运动控制系统；

机器人机械本体根据机器人运动控制系统的控制指令完成机械运动。

本发明还提供一种所述的智能机器人系统的控制方法，包括：

在云计算平台部署若干用户指令的运算代码；

单片机控制系统控制机械结构驱动单元驱动机器人机械结构进行机械运动；

机器人机械本体的机械运动过程中，单片机控制系统对用户指令解析后发送给机器人运动控制系统；

机器人运动控制系统判断该用户指令由机器人运动控制系统或云计算平台执行，若该用户指令由机器人运动控制系统执行，则机器人运动控制系统执行相应指令后向机器人机械本体发送控制指令，若该用户指令由云计算平台执行则将该用户指令经数据通信模块发送至云计算平台；

云计算平台根据机器人运动控制系统发来的用户指令，调取相应的运算代码进行运算处理，并将处理结果返回机器人运动控制系统；

单片机控制系统控制机械结构驱动单元驱动机器人机械结构根据机器人运动控制系统的控制指令完成机械运动。

本发明还提供一种所述的智能机器人系统的控制方法，包括：

在云计算平台部署若干用户指令的运算代码；

单片机控制系统控制机械结构驱动单元驱动机器人机械结构进行机械运动；

主控制器控制单片机控制系统、传感器模块工作；

机器人机械本体的机械运动过程中，单片机控制系统对用户指令解析后发送给机器人运动控制系统的主控制器；

机器人运动控制系统的主控制器判断该用户指令由机器人运动控制系统或由云计算平台执行，若该用户指令由机器人运动控制系统的主控制器执行，则机器人运动控制系统的主控制器执行相应指令后向机器人机械本体发送控制指令，若该用户指令由云计算平台执行则将该用户指令经数据通信模块发送至云计算平台；

云计算平台根据机器人运动控制系统的主控制器发来的用户指令，调取相应的运算代码进行运算处理，并将处理结果返回机器人运动控制系统的主控制器；

单片机控制系统控制机械结构驱动单元驱动机器人机械结构根据机器人运动控制系统的控制指令完成机械运动。

有益效果

针对传统机器人领域存在成本/性能比不高的问题，本发明提供一种基于云计算的智能机器人系统及其控制方法。通过转移复杂的计算任务到云端，有效避免了机器人本身过高的存储和计算能力的限制，通过利用云计算平台的超强计算能力、计算资源和存储资源，极大地降低了机器人的开发成本，同时增强了机器人的智能性和完成高性能任务的能力，能够在硬件资源不变的情况下增强机器人的智能性和数据处理能力，完成更复杂的功能需求。本发明结合云计算和机器人学，机器人的机载处理器负责本地的基本数据运算和处理，将复杂的计算任务卸载到云端，本身不需要存储所有的资料信息和具备超强的计算能力，仅在需要时连接云服务器并完成数据和信息交互。依托云计算平台的机器人架构能够赋予机器人以灵活的运算资源和处理能力，以相同的硬件配置支撑各种各样的环境感知与任务决策，从而可以极大地降低机器人的开发成本，同时显著增强机器人的智能性和完成复杂任务的能力。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种基于云计算的智能机器人系统框图；

图2 是本发明实施例1的基于云计算的智能机器人系统的控制方法流程图；

图3是本发明实施例2采用的四轮驱动轮式机器人硬件结构框图；

图4是本发明实施例2基于云计算的智能机器人系统框图；

图5 是本发明实施例2的基于云计算的智能机器人系统的控制方法流程图；

图6是本发明实施例3基于云计算的智能机器人系统框图；

图7 是本发明实施例3的基于云计算的智能机器人系统的控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和要点更加清楚，下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步阐述。在阐述过程中，所用到的具体实例仅是本发明的一部分实例，基于本发明所提出的智能机器人系统构建方法，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例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

一种基于云计算的智能机器人系统，如图1所示，包括：

机器人机械本体：机械运动过程中对用户指令解析后发送给机器人运动控制系统，根据机器人运动控制系统的控制指令完成机械运动；

机器人运动控制系统：控制机器人机械本体工作，判断该用户指令由机器人运动控制系统或云计算平台执行，若判断该用户指令由机器人运动控制系统执行，则执行相应指令后向机器人机械本体发送控制指令，若判断该用户指令由云计算平台执行则将该用户指令发送至云计算平台；机器人运动控制系统仅负责本地的基本数据运算和处理，不需要存储所有的资料信息解具备超强的计算能力，仅在需要进行复杂计算任务时连接云计算平台并完成数据和信息交互。

数据通信模块：用于实现机器人运动控制系统与云计算平台的全双工信息交互；

云计算平台：部署若干用户指令的运算代码，根据机器人运动控制系统发来的用户指令，机器人将复杂的计算任务卸载到云计算平台，调取相应的运算代码进行运算处理，并将处理结果返回机器人运动控制系统。

本实施例还提供一种所述的智能机器人系统的控制方法，如图2所示，包括：

步骤1、在云计算平台部署若干用户指令的运算代码；

步骤2、机器人运动控制系统控制机器人机械本体进行机械运动；

步骤3、机器人机械本体的机械运动过程中，机器人机械本体对用户指令解析后发送给机器人运动控制系统；

步骤4、机器人运动控制系统判断该用户指令由机器人运动控制系统或云计算平台执行，若该用户指令由机器人运动控制系统执行，则机器人运动控制系统执行相应指令后向机器人机械本体发送控制指令，若该用户指令由云计算平台执行则将该用户指令经数据通信模块发送至云计算平台；

步骤5、云计算平台根据机器人运动控制系统发来的用户指令，调取相应的运算代码进行运算处理，并将处理结果返回机器人运动控制系统；

步骤6、机器人机械本体根据机器人运动控制系统的控制指令完成机械运动。

实施例2

本实施例中，本实施方式中的云计算平台依托于Amazon云服务平台AWS，具体以亚马逊弹性计算云EC2作为云计算实例，从而创建机器人的云计算环境。基于云计算的智能机器人系统，如图4所示，机器人机械本体，包括机器人机械结构、机械结构驱动单元以及单片机控制系统；

单片机控制系统控制机械结构驱动单元驱动机器人机械结构运动；单片机控制系统通过串口与机器人运动控制系统通信；单片机控制系统对用户指令解析后发送给机器人运动控制系统，根据机器人运动控制系统的控制指令完成机械运动。本实施例中的机器人机械本体采用四轮驱动轮式机器人，硬件系统结构如图3所示，该四轮驱动轮式机器人采用差分驱动底盘，底部搭载光电编码器，并预留相关物理接口方便拓展Kinect传感器模块、激光雷达，IMU等相关传感器，机器人底层的单片机控制系统采用MSP430单片机，底层单片机控制系统通过串口向上与机器人运动控制系统通信，从而接收运动控制系统的相关指令，完成基本的机械运动。

数据通信模块用于连接本地机器人运动控制系统和云计算平台，基于WebSockets通信协议实现机器人运动控制系统与云计算平台的全双工信息交互。主要以无线通信+有线因特网通信的方式实现，为了保持机器人运动的灵活性，主控制器通过无线通信与路由器进行信息交互，路由器通过有线因特网通信的方式稳定连接到云计算平台，这里路由器仅仅起到主控制器和云服务平台通信的信息中转作用。主控制器和云计算平台通信基于WebSockets通信协议。

基于云计算的智能机器人系统其余部分与实施例1相同。

一种所述的智能机器人系统的控制方法，如图5所示，包括：

步骤1、在云计算平台部署若干用户指令的运算代码；

步骤2、单片机控制系统控制机械结构驱动单元驱动机器人机械结构进行机械运动；

步骤3、机器人机械本体的机械运动过程中，单片机控制系统对用户指令解析后发送给机器人运动控制系统；

步骤4、机器人运动控制系统判断该用户指令由机器人运动控制系统或云计算平台执行，若该用户指令由机器人运动控制系统执行，则机器人运动控制系统执行相应指令后向机器人机械本体发送控制指令，若该用户指令由云计算平台执行则将该用户指令经数据通信模块发送至云计算平台；

步骤5、云计算平台根据机器人运动控制系统发来的用户指令，调取相应的运算代码进行运算处理，并将处理结果返回机器人运动控制系统；

步骤6、单片机控制系统控制机械结构驱动单元驱动机器人机械结构根据机器人运动控制系统的控制指令完成机械运动。

实施例3

本实施例中，本实施方式中的云计算平台依托于Amazon云服务平台AWS，具体以亚马逊弹性计算云EC2作为云计算实例，从而创建机器人的云计算环境。基于云计算的智能机器人系统，如图6所示，机器人机械本体，包括机器人机械结构、机械结构驱动单元以及单片机控制系统；机器人运动控制系统：包括由搭载Ubuntu操作系统的主控制器以及机器人所需的Kinect传感器模块；

单片机控制系统控制机械结构驱动单元驱动机器人机械结构运动；单片机控制系统通过串口与机器人运动控制系统通信；单片机控制系统对用户指令解析后发送给机器人运动控制系统，根据机器人运动控制系统的控制指令完成机械运动。本实施例中的机器人机械本体采用四轮驱动轮式机器人，硬件系统结构如图3所示，该四轮驱动轮式机器人采用差分驱动底盘，底部搭载光电编码器，并预留相关物理接口方便拓展Kinect传感器模块、激光雷达，IMU等相关传感器，机器人底层的单片机控制系统采用MSP430单片机，底层单片机控制系统通过串口向上与机器人运动控制系统通信，从而接收运动控制系统的相关指令，完成基本的机械运动。

主控制器控制单片机控制系统、Kinect传感器模块工作，主控制器向下与底层单片机控制系统进行串口通信、从而控制机器人机械结构的简单运动，包括前进，后退、转向等；主控制器向上与云计算平台通过无线通信+有线因特网通信的方式进行数据和信息交互；同时主控制器用于管理传感器模块、控制Kinec传感器模块进行图像信息的采集，以及实施必要的数据处理。主控制器根据单片机控制系统解析后的用户指令判断该用户指令由机器人运动控制系统或云计算平台执行，若判断该用户指令由机器人运动控制系统执行，则执行相应指令后向机器人机械本体发送控制指令，若判断该用户指令由云计算平台执行则将该用户指令发送至云计算平台。

数据通信模块用于连接本地机器人运动控制系统和云计算平台，基于WebSockets通信协议实现机器人运动控制系统与云计算平台的全双工信息交互。主要以无线通信+有线因特网通信的方式实现，为了保持机器人运动的灵活性，主控制器通过无线通信与路由器进行信息交互，路由器通过有线因特网通信的方式稳定连接到云计算平台，这里路由器仅仅起到主控制器和云服务平台通信的信息中转作用。主控制器和云计算平台通信基于WebSockets通信协议。

基于云计算的智能机器人系统其余部分与实施例1相同。

一种所述的智能机器人系统的控制方法，如图7所示，包括：

步骤1、在云计算平台部署若干用户指令的运算代码；

通过亚马逊代码部署服务CodeDeploy将存在于分布式版本控制系统Github的应用程序部署到云端EC2实例上，通过如下步骤实现：

①在PC机上安装Git，创建Github账户。并且建立一个存储器GitHub repository，来存储需要部署的应用程序，此处应用的功能为场景识别。

②建立文件并上传。在Ubuntu下建立应用文件，每个应用里边都必须包含一个AppSpec file。并且必须命名为AppSpec.yml存在root文件夹下。然后将应用打包上传。

③将机器人任务执行的代码即用户指令的运算代码部署到云端，使用Linux命令scp。

对机器人运动控制系统和云计算平台建立通信连接，实现机器人运动控制系统和云计算平台的信息交互。数据通信模块的硬件依赖关系和通信协议如上所述。主控制器连接EC2远程服务时使用了基于Ubuntu操作系统的ssh方法，可以实现对亚马逊云服务中EC2进行远程连接。

步骤2、单片机控制系统控制机械结构驱动单元驱动机器人机械结构进行机械运动；

步骤3、主控制器控制单片机控制系统、传感器模块工作；

步骤4、机器人机械本体的机械运动过程中，单片机控制系统对用户指令解析后发送给机器人运动控制系统的主控制器；

单片机控制系统接收到用户发送的场景识别指令，主控制器启动Kinect传感器模块进行场景图像信息获取，同时将解析后的用户指令和获取的场景图像信息传入云计算平台；

步骤5、机器人运动控制系统的主控制器判断该用户指令由机器人运动控制系统或云计算平台执行，若该用户指令由机器人运动控制系统的主控制器执行，则机器人运动控制系统的主控制器执行相应指令后向机器人机械本体发送控制指令，若该用户指令由云计算平台执行则将该用户指令经数据通信模块发送至云计算平台；

步骤6、云计算平台根据机器人运动控制系统的主控制器发来的用户指令，调取相应的运算代码进行运算处理，并将处理结果返回机器人运动控制系统的主控制器；

云计算平台接收到场景识别指令，在调取部署好的调取相应的场景识别指令的运算代码，将场景识别结果返回给单片机控制系统。

步骤7、单片机控制系统控制机械结构驱动单元驱动机器人机械结构根据机器人运动控制系统的控制指令完成机械运动。