[發明專利]一種機器人執行任務過程中的能量消耗預測方法及系統

在審

• 申請號: 202011127419.5
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112231919A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 張亮;侯林飛
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

1.一種機器人執行任務過程中的能量消耗預測方法，其特征在于，包括：

獲取待預測機器人的負載、運行速度、運行時間、機器人驅動輪與所接觸面的摩擦力因數以及機器人運動方向與正方向的夾角數據；

將上述數據輸入到能量消耗預測模型中，得到機器人能量消耗的預測數據；

基于所述預測數據進行機器人節能運動控制；

其中，所述能量消耗預測模型將機器人的功耗分為運動部分、控制部分、傳感部分和通信部分；對每一個部分分別進行建模，得到總的能量消耗預測模型。

2.如權利要求1所述的一種機器人執行任務過程中的能量消耗預測方法，其特征在于，所述運動部分的能量消耗模型具體為：

E_motion＝∫P_motiondt＝E_e+E_f+E_c+E_h+E_k

其中，E_motion是機器人運動系統消耗的能量，P_motion是機器人運動系統消耗能量的功率，E_c是麥克納姆輪機器人在運動過程中因為麥克納姆輪的特殊性導致的機器人的摩擦力相互抵消消耗的能量，E_f是麥克納姆輪機器人運動過程中因為摩擦力的存在而耗散的量，E_e是運動過程中的機械損耗和電機自身的固有的損耗，E_h是機器人產生的熱量而通過熱量消耗的能量，E_k是機器人因為速度的增加而增加的動能。

3.如權利要求2所述的一種機器人執行任務過程中的能量消耗預測方法，其特征在于，機器人因為速度的增加而增加的動能包括：

E_k＝Mv²/2

其中，M代表的是機器人的重量，v代表的是機器人的前進速度。

4.如權利要求1所述的一種機器人執行任務過程中的能量消耗預測方法，其特征在于，所述控制部分的能量消耗模型具體為：

E_control＝∫(Mg(L_x+L_y)/v*cos(φ-π/4)+MgL_y/(L_x*v))dt

其中，M為機器人的重量，v為機器人的前進速度，L_x代表的是機器人整體的寬度、L_y代表的是機器人整體的長度、φ代表的是機器人運行過程中運動方向與機器人正方向的夾角。

5.如權利要求1所述的一種機器人執行任務過程中的能量消耗預測方法，其特征在于，所述傳感部分的能量消耗模型具體為：

其中，v_i代表的是麥克納姆輪機器人的驅動輪的速度在平行于運動方向上的分量。

6.如權利要求1所述的一種機器人執行任務過程中的能量消耗預測方法，其特征在于，所述通信部分的能量消耗模型具體為：

E_{communication}＝∫P_{communication}dt

其中，P_{communication}代表的是機器人的通信系統的功率。

7.如權利要求1所述的一種機器人執行任務過程中的能量消耗預測方法，其特征在于，基于所述預測數據進行機器人節能運動控制，具體包括：

調整待預測機器人的負載、運行速度、運行時間、機器人驅動輪與所接觸面的摩擦力因數以及機器人運動方向與正方向的夾角數據，獲取能夠使得機器人能耗降低的機器人運動狀態數據，按照所述數據對機器人的運動狀態進行控制。