一种小型侦察机器人的控制方法、装置及机器人

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体是指一种小型侦察机器人的控制方法、装置及机器人。

背景技术

在小型机器人领域中，机器人体积小巧，但仍需搭载大量传感器来感测自身和周围的环境(如斜坡、平坦路面、高阻力路面等)去完成侦察任务。实践操控中，由于受处理器的限制，导致机器人控制中出现动作低效、高延时的问题，使整机的侦察功能无法顺畅实施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型侦察机器人的控制方法、装置及机器人，控制方法采用自适应动态调控方法，实现高效低延时的机器人实时控制，保证侦察任务的顺利实施。

为了达成上述目的，本发明采取的一解决方案是：

一种小型侦察机器人的控制方法，所述控制方法包括：

获取小型侦察机器人的当前状态信息，所述状态信息包括操作指令频率、机器人姿态和电机负载；

对获取的当前状态信息进行处理，以获得总负载值；

根据预先设置的机器人数据采集任务的间隔时间与总负载值的正相关的关联关系，动态调控所述机器人当前数据采集任务的间隔时间。

进一步，所述对获取的当前状态信息进行处理，以获得总负载值，包括：

确定由操作指令频率、机器人姿态和电机负载这三个特征构成总负载特征；

设定以所述三个特征的各自当前获取值占各自总参照值的占比来表征各自相应部分的总负载特征；

计算所述三个特征的各自占比并按设定权重求和，获得总负载值。

进一步，所述三个特征的所述权重设定为等权重；所述总负载特征的总负载值以公式表达为：

所述

所述

所述

进一步，所述根据预先设置的机器人数据采集任务的间隔时间与总负载值的正相关的关联关系，动态调控所述机器人当前数据采集任务的间隔时间，包括：

预先设置以总负载值为自变量、以所述机器人当前数据采集任务的间隔时间为因变量的正相关的关联关系；

预先设置总负载阈值，基于所述总负载阈值对应设置高负载模式和低负载模式；

将所述总负载值与预设的总负载阈值进行比较：在所述总负载值大于或等于预设的总负载阈值的情况下，机器人系统进入高负载模式，机器人数据采集任务的间隔时间根据所述关联关系动态延长；在所述总负载值小于预设的总负载阈值的情况下，机器人系统进入低负载模式，机器人数据采集任务的间隔时间根据所述关联关系动态缩短。

进一步，所述正相关的关联关系的计算式为：

进一步，所述状态信息中的操作指令频率，所述操作指令包括机器人的角速度、线速度指令，机器人外接模块的开关、运动、追踪指令，机器翻转模块的运动指令。

为了达成上述目的，本发明采取的另一解决方案是：

一种小型侦察机器人的控制装置，所述控制装置包括：

获取模块，用于获取小型侦察机器人的当前状态信息，所述状态信息包括操作指令频率、机器人姿态和电机负载；

处理模块，用于对获取的当前状态信息进行处理，以获得总负载值；

调控模块，用于根据预先设置的机器人数据采集任务的间隔时间与总负载值的正相关的关联关系，动态调控所述机器人当前数据采集任务的间隔时间。

为了达成上述目的，本发明采取的再一解决方案是：

一种小型侦察机器人，包括存储器和处理器，所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如上面所述的一种小型侦察机器人的控制方法。

为了达成上述目的，本发明采取的又一解决方案是：

一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上面所述的一种小型侦察机器人的控制方法。

采用上述方案后，本发明一种小型侦察机器人的控制方法、装置及机器人，相对于现有技术的有益效果在于：本发明首先通过获取小型侦察机器人的当前状态信息(操作指令频率、机器人姿态和电机负载)，之后通过处理获得总负载值，通过该总负载值反馈判断机器人当前所处的运行环境和状态；然后，根据预先设置的机器人数据采集任务的间隔时间与总负载值的正相关的关联关系，动态调控所述机器人当前数据采集任务的间隔时间。所述机器人当前数据采集任务的间隔时间依据当前获得的总负载值处于动态调控状态，如此自适应调控实现实时适应机器人的工作状态，最终实现高效低延时的机器人实时控制，保证侦察任务的顺利实施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。

图1为本发明一实施例提供的小型侦察机器人的控制方法的流程图；

图2为本发明另一实施例提供的小型侦察机器人的控制方法的流程图；

图3为本发明又一实施例提供的小型侦察机器人的控制方法的流程图；

图4是本发明一实施例提供的小型侦察机器人的控制装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的″一种″、″所述″和″该″也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，″多种″一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

还需要说明的是，术语″包括″、″包含″或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。

下述各方法实施例中的步骤时序仅为一种举例，而非严格限定。

在介绍本发明实施例提供的小型侦察机器人控制方法之前，介绍一种解决方案。该解决方案是，采用多处理器进行信息处理，以此来保证机器人的运行时效性，然而采用该方法不仅加大了控制方法的复杂度，而且也增加了设备成本。

本发明实施例提供了另一种解决方案，可以实现采用单核处理器采集处理多传感器信息，通过针对侦察机器人的使用环境和阶段不同，对机器人数据采集任务的频率进行自适应动态调节，使整机的侦察功能顺畅、高效、低延时，保证任务的实施。

下面结合以下实施例对这种解决方案进行具体阐述。

参见图1所示的流程图，本发明实施例提供了一种小型侦察机器人的控制方法，所述控制方法包括：步骤S200、步骤S210和步骤S220。

步骤S200：获取小型侦察机器人的当前状态信息，所述状态信息包括操作指令频率、机器人姿态和电机负载。

需要说明的是，所述状态信息中的操作指令频率，在控制中将指令区分为操作指令和其他指令，操作指令可以包括机器人的角速度、线速度指令，机器人外接模块的开关、运动、追踪指令，机器翻转模块的运动指令，等等。操作指令频率指单位时间内操作指令数。

可以理解的是，所述状态信息中的机器人姿态，设定机器人水平状态时为0，爬坡和下坡时候机器人倾斜角度即为机器人的姿态计算值。所述状态信息中的电机负载，指机器人运动时候控制系统采集到的电机电流值。

步骤S210：对获取的当前状态信息进行处理，以获得总负载值。

步骤S220：根据预先设置的机器人数据采集任务的间隔时间与总负载值的正相关的关联关系，动态调控所述机器人当前数据采集任务的间隔时间。

所述机器人数据采集任务，采集任务数据包括有环境温湿度，环境亮度，环境声音，磁场数据，侦察图像，云台姿态等外设模块数据。

当获得的总负载值越高，表明此时对处理器的计算资源要求高，通过动态调控延长数据采集任务的执行间隔时间，由此处理器对操控指令和电机驱动任务的处理频率就会得到提升；反之，总获得的负载值越低，表明此时对处理器的计算资源要求低，通过动态调控缩短数据采集任务的执行间隔时间，处理器的计算资源均衡分配给控制和采集任务，如此提升了对周围环境和机器人本体的感知能力。所述机器人当前数据采集任务的间隔时间依据当前获得的总负载值实时处于动态调控状态，如此自适应调控实现实时适应机器人的工作状态，最终实现高效低延时的机器人实时控制，保证侦察任务的顺利实施。

所述小型侦察机器人的控制方法特别地适用于由单核处理器采集处理多种传感器的情景中，采用单核处理器采集处理多传感器信息，比如：温度，机器人姿态，磁场信息，电池信息，转速和电流，等等。根据机器人的运行状态调整处理器信息处理逻辑，解决侦察机器人控制系统的多任务协作，在不同环境下调整系统的完成高效运作，实现机器人低延时控制，保证侦察任务的顺利实施。

可选的，所述步骤S210可以包括：

确定由操作指令频率、机器人姿态和电机负载这三个特征共同构成总负载特征；

设定以所述三个特征的各自当前获取值占各自总参照值的占比来表征各自相应部分的总负载特征；

计算所述三个特征的各自占比并按设定权重求和，获得总负载值。

所述三个特征的各自当前获取值指的是步骤S200中所获取的当前状态信息的各自相关数值，所述三个特征的各自总参照值可以自行设定。由此，操作指令频率的对应表征总负载特征部分的具体表达为操作指令频率的当前获取值占指令总参照值的占比。同理，机器人姿态的对应表征总负载特征部分的具体表达为机器人姿态的当前获取值占姿态总参照值的占比。电机负载的对应表征总负载特征部分的具体表达为电机负载的当前获取值占电机负载总参照值的占比。所述指令总参照值、姿态总参照值和负载总参照值可以自行参照设定。

在一可选方式中，所述三个特征的所述权重设定为三个等权重。所述总负载特征的总负载值以计算公式表达为：

可选地，所述步骤S220可以包括：

预先设置以总负载值为自变量、以所述机器人当前数据采集任务的间隔时间为因变量的正相关的关联关系；

预先设置总负载阈值，基于所述总负载阈值对应设置高负载模式S2201和低负载模式S2202；

参见图2所示，将所述总负载值与预设的总负载阈值进行比较：在所述总负载值大于或等于预设的总负载阈值的情况下，机器人系统进入高负载模式S2201，机器人数据采集任务的间隔时间根据所述关联关系动态延长；在所述总负载值小于预设的总负载阈值的情况下，机器人系统进入低负载模式S2202，机器人数据采集任务的间隔时间根据所述关联关系动态缩短。

所述高负载模式时，此时机器人对应所处的环境为高负载环境，该高负载环境指崎岖路面、草地、水路等非平坦路面。高负载模式对应的高负载操控阶段，控制系统连续进行机器人多模块同时动态操控(例如机器人本体运动、侦察模块运动、翻转系统运动)，需要控制系统对电机的动力进行高灵敏调节，此时操作指令密集、电机负载大。

所述低负载模式时，此时机器人对应所处的环境为低负载环境，该低负载环境为平路。低负载模式对应的低负载操控阶段，该阶段主要为静止侦察，机器人主要的控制信息为侦察模块的运动指令，控制系统对动力系统的调节无需高度效应。

如此，当机器人在复杂环境(草地、沼泽环境)行进中，控制指令密集，电机运动变化大，传感器采集数据量大，此时系统运算负载高，任务对处理器的计算资源要求高。通过获取状态信息并处理判断后，系统实时进入高负载模式，动态调控任务间隔时间使其延长，由此降低了数据采集任务的采集频率，从而提高处理器对遥控指令和电机驱动任务的处理频率，将CPU的算力主要集中在控制信息处理上，达到低延时控制的效果。

当机器人在静止侦察(隐蔽监视)情况下，控制指令较少，电机静止，传感器采集任务频次适当提高，通过获取状态信息并处理判断后，系统实时进入低负载模式，动态调控任务间隔时间使其缩短，由此提高了数据采集任务的采集频率，从而达到将CPU的算力均衡分配给控制和采集任务，降低系统功耗，提升对周围环境和车体的感知能力的效果。

所述高负载模式S2201和低负载模式S2202之间可以实时动态相互切换，以实时适应机器人的工作状态。

在一可选方式中，所述正相关的关联关系的计算式为：

提供一具体实施例中，总负载阈值设为1.85，当获得的总负载值O

可选地，参见图3所示，小型侦察机器人的控制方法，在开始机器人控制之前，即在进行步骤S200之前，还进行机器人进入控制的步骤S104，该步骤S104包括有异常检测、速度检测、信号校验、故障复位等。进一步地，在进行机器人进入控制的步骤S104之前，还进行开机自检步骤S101、启动任务步骤S102和遥控解锁步骤S103；其中，开机自检步骤S101，包括完成端口初始化、协议初始化、电机检测、IMU(姿态传感器)启动和配置，通讯链接检测，对异常模块进行数据上报。启动任务步骤S102，包括启动各分支任务，如开启监控任务，电机控制任务，通讯任务，数据采集和处理任务。遥控解锁步骤S103，检测遥控器数据，完成遥控解锁。机器人控制时，机器人在高负载模式S2201和低负载模式S2202之间进行互相切换，以实时适应机器人的工作状态。当机器人完成任务后，进入到待机模式。

以下将详细描述本发明的一个或多个实施例的小型侦察机器人的控制装置。本领域技术人员可以理解，这些小型侦察机器人的控制装置均可使用市售的硬件组件通过本方案所教导的步骤进行配置来构成。

基于统一发明构思，本发明实施例提供了一种小型侦察机器人的控制装置，参见图4所示，所述控制装置包括：获取模块300、处理模块310和调控模块320。

获取模块300，用于获取小型侦察机器人的当前状态信息，所述状态信息包括操作指令频率、机器人姿态和电机负载；

处理模块310，用于对获取的当前状态信息进行处理，以获得总负载值；

调控模块320，用于根据预先设置的机器人数据采集任务的间隔时间与总负载值的正相关的关联关系，动态调控所述机器人当前数据采集任务的间隔时间。

采用上述装置，机器人当前数据采集任务的间隔时间依据当前获得的总负载值处于动态调控状态，如此自适应调控实现实时适应机器人的工作状态，最终实现高效低延时的机器人实时控制，保证侦察任务的顺利实施。

可选地，所述处理模块310可以用于：确定由操作指令频率、机器人姿态和电机负载这三个特征共同构成总负载特征；设定以所述三个特征的各自当前获取值占各自总参照值的占比来表征各自相应部分的总负载特征；计算所述三个特征的各自占比并按设定权重求和，获得总负载值。

进一步，所述处理模块310具体可以用于：所述三个特征的所述权重设定为三个等权重；所述总负载特征的总负载值以计算公式表达为：

可选地，所述调控模块320可以用于：预先设置以总负载值为自变量、以所述机器人当前数据采集任务的间隔时间为因变量的正相关的关联关系；预先设置总负载阈值，基于所述总负载阈值对应设置高负载模式和低负载模式；将所述总负载值与预设的总负载阈值进行比较：在所述总负载值大于或等于预设的总负载阈值的情况下，机器人系统进入高负载模式，机器人数据采集任务的间隔时间根据所述关联关系动态延长；在所述总负载值小于预设的总负载阈值的情况下，机器人系统进入低负载模式，机器人数据采集任务的间隔时间根据所述关联关系动态缩短。

图4所示装置，其中各个模块可以执行前述图1-3所示实施例提供的小型侦察机器人的控制方法，本实施例未详细描述的部分，可参考对图1-3所示实施例的相关说明，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种小型侦察机器人，该小型侦察机器人包括存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，可以包括用于在小型侦察机器人上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据；存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现。所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，以完成上述小型侦察机器人的控制方法中的全部或部分步骤。

所述处理器作为中央控制单元，具有低功耗、体积小、集成度高等特点，有利于控制系统小型化、智能化。通讯协议可以采用自定帧头帧尾通讯，起始信息段含有帧长度，协议版本和帧功能字，中段搭载报文信息，尾部采用和校验。协议全长28字节，充分利用中段数据，降低通信带宽的占有，提升通讯频率，提高响应速度。所述小型侦察机器人当然还包括终端单元，除了包括电机驱动单元、姿态传感器外，还包括有翻转单元、监控单元，等等。

所述小型侦察机器人采用上位机远端控制，对应下位机系统包括电源系统、控制系统、数据接收和打包系统和解析系统；所述电源系统包括本机电源管理和模块电源管理；控制系统包括运动控制和搭载模块控制；数据接收和打包系统的对象包括本机状态和模块数据；解析系统包括上位机/遥控器指令解析、运动系统数据解析、模块数据解析。

再一实施例中，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上面所述的一种小型侦察机器人的控制方法。

以上结合附图详细描述了本发明申请的优选实施方式，但是，本发明申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明申请的技术构思范围内，可以对本发明申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明申请的保护范围。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明申请对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明申请的思想，其同样应当视为本发明申请所公开的内容。