[發(fā)明專利]一種機器人執(zhí)行任務(wù)過程中的能量消耗預(yù)測方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011127419.5
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112231919A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張亮;侯林飛
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本發(fā)明公開了一種機器人執(zhí)行任務(wù)過程中的能量消耗預(yù)測方法及系統(tǒng)，包括：獲取待預(yù)測機器人的負(fù)載、運行速度、運行時間、機器人驅(qū)動輪與所接觸面的摩擦力因數(shù)以及機器人運動方向與正方向的夾角數(shù)據(jù)；將上述數(shù)據(jù)輸入到能量消耗預(yù)測模型中，得到機器人能量消耗的預(yù)測數(shù)據(jù)；基于所述預(yù)測數(shù)據(jù)進行機器人節(jié)能運動控制。本發(fā)明通過對機器人全向移動過程的功耗進行建模和分析，根據(jù)預(yù)測的能量消耗去設(shè)定麥克納姆輪機器人的運動狀態(tài)，控制機器人嚴(yán)格完成模型中設(shè)定的運動方式，實現(xiàn)機器人能量消耗的預(yù)測與節(jié)能運動狀態(tài)的控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及移動機器人控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機器人執(zhí)行任務(wù)過程中的能量消耗預(yù)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

近年來隨著嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)等與機器人相關(guān)的領(lǐng)域科技的不斷革新，機器人的發(fā)展也有了非常巨大的突破，已經(jīng)進入工廠、家庭等環(huán)境中發(fā)揮了非常巨大的作用，大量的移動機器人被應(yīng)用于執(zhí)行搬運、搜救、軍事等方面中。

全向移動機器人是在一個平面內(nèi)能夠進行三個自由度的靈活機動的輪式機器人，即前后左右以及繞自身進行運動，其他機器人被稱為非全向移動機器人，在研究過程中，全向移動機器人因為其具有三個自由度的運動能力，因此更加靈活，被廣泛應(yīng)用于物料搬運等場合。

全向移動機器人的能量主要來源于自身攜帶的電池，但是電池收到了體積和重量以及價格等多方面的限制，導(dǎo)致機器人攜帶的能量不會非常多。機器人運動過程中需要能量進行驅(qū)動，因此機器人的性能受到能量的限制。如何準(zhǔn)確預(yù)測機器人在執(zhí)行任務(wù)期間的能量消耗就變得非常重要。

目前對于全向移動機器人的能量研究主要集中在路徑規(guī)劃領(lǐng)域，對于在運動過程中需要的能耗進行研究的文章非常少，但是機器人在工作過程中為了盡可能延長機器人的工作時間，同時可以盡量延長機器人的使用時間與完成的任務(wù)，因此需要在路徑規(guī)劃的過程中考慮能耗的因素。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種機器人執(zhí)行任務(wù)過程中的能量消耗預(yù)測方法及系統(tǒng)，對機器人在全向移動過程中的功耗進行建模和分析，實現(xiàn)機器人在執(zhí)行任務(wù)過程中的能量消耗預(yù)測，以輔助進行機器人的節(jié)能運動控制及路徑規(guī)劃。

在一些實施方式中，采用如下技術(shù)方案：

一種機器人執(zhí)行任務(wù)過程中的能量消耗預(yù)測方法，包括：

獲取待預(yù)測機器人的負(fù)載、運行速度、運行時間、機器人驅(qū)動輪與所接觸面的摩擦力因數(shù)以及機器人運動方向與正方向的夾角數(shù)據(jù)；

將上述數(shù)據(jù)輸入到能量消耗預(yù)測模型中，得到機器人能量消耗的預(yù)測數(shù)據(jù)；

基于所述預(yù)測數(shù)據(jù)進行機器人節(jié)能運動控制；

其中，所述能量消耗預(yù)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(yù)測模型。

在另一些實施方式中，采用如下技術(shù)方案：

一種機器人執(zhí)行任務(wù)過程中的能量消耗預(yù)測系統(tǒng)，包括：

用于獲取待預(yù)測機器人的負(fù)載、運行速度、運行時間、機器人驅(qū)動輪與所接觸面的摩擦力因數(shù)以及機器人運動方向與正方向的夾角數(shù)據(jù)的模塊；

用于將上述數(shù)據(jù)輸入到能量消耗預(yù)測模型中，得到機器人能量消耗的預(yù)測數(shù)據(jù)的模塊；

用于基于所述預(yù)測數(shù)據(jù)進行機器人節(jié)能運動控制的模塊；

其中，所述能量消耗預(yù)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(yù)測模型。

在另一些實施方式中，采用如下技術(shù)方案：