机器人急停制动安全防控方法、装置、机器人和存储介质与流程

1.本申请涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人急停制动安全防控方法、装置、机器人和存储介质。


背景技术：

2.机器人(robot)是自动执行工作的机器装置，现如今机器人的智能控制已经越来越复杂，一旦复杂到一定程度，机器人容易发生失控。而为了防止机器人失控，通常在机身外部的显著位置设有的急停止装置，人们可以在紧急状态下通过紧急停止装置发送急停指令，以避免意外发生。然而，指令运用过程中存在软件指令在中转或执行过程中因为软件bug或硬件故障导致急停指令未被执行的意外情况，导致机器人失控。


技术实现要素：

3.本申请实施例提供一种机器人急停制动安全防控方法、装置、机器人和存储介质，以达到优化机器人控制效果的目的。
4.第一方面，本申请实施例提供了一种机器人急停制动安全防控方法，应用于机器人的驱动控制器，方法包括：
5.在机器人按照预设指令运动时，实时获取机器人的电机运动状态数据；
6.根据所述电机运动状态数据，判断机器人电机内置的编码器是否异常；
7.若是，则控制所述电机停止工作，将异常数据上报机器人操作系统，以便机器人操作系统根据所述异常数据进行异常处理；
8.在接收到机器人操作系统下发的断电指令后，对所述电机进行断电处理。
9.第二方面，本申请实施例提供了一种机器人急停制动安全防控装置，装置包括：
10.状态数据获取模块，用于在机器人按照预设指令运动时，实时获取机器人的电机运动状态数据；
11.异常判断模块，用于根据所述电机运动状态数据，判断机器人电机内置的编码器是否异常；
12.电机停止模块，用于在异常判断结果为是时，控制所述电机停止工作，将异常数据上报机器人操作系统，以便机器人操作系统根据所述异常数据进行异常处理；
13.断电控制模块，用于在接收到机器人操作系统下发的断电指令后，对所述电机进行断电处理。
14.第三方面，本申请实施例还提供了一种机器人，包括：
15.一个或多个处理器；
16.存储装置，用于存储一个或多个程序，
17.当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如本申请任一实施例的机器人急停制动安全防控方法。
18.第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机
程序，该程序被处理器执行时实现如本申请任一实施例的机器人急停制动安全防控方法。
19.本申请实施例中，根据实时获取的机器人电机运动状态数据，确定电机内置的编码器是否异常，并在编码器异常的情况下，控制电机停止并断电处理。实现了对机器人运动过程中的因故障造成的异常状态，进行有效控制，也即实现了通过机器人自主检测并纠正电机异常的风险，由此从源头上避免出现用户通过机器人急停装置无法控制机器人的情况。
附图说明
20.图1a是根据本申请第一实施例中的机器人急停制动安全防控方法的流程示意图；
21.图1b是根据本申请第一实施例中的机器人急停制动安全防控方法逻辑流程图；
22.图2是根据本申请第二实施例中的机器人急停制动安全防控方法的流程示意图；
23.图3是根据本申请第三实施例中的机器人急停制动安全防控装置的结构示意图；
24.图4是根据本申请第四实施例中的实现机器人急停制动安全防控方法的机器人的结构示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非所有结构。
26.图1a是根据本申请第一实施例的机器人急停制动安全防控方法的流程图，本实施例可适用于通过机器人自主检测并纠正电机异常风险的情况，该方法可以由机器人急停制动安全防控装置来执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，并可集成在机器人中。
27.本申请实施例中，智能机器人包括手臂关节运动和底盘位移运动两种体系，具体的，通过伺服电机带动手臂关节运动，通过底盘电机带动机器人移动。在机器人的手臂关节运动和底盘位移运动两种体系被触发指令被启动时，如果对应的伺服电机和底盘电机内置编码器有故障发生，编码器输出a/b信号异常(例如编码器无信号输出或编码器输出信号不规则)，当电机驱动控制器接收到异常信号时，无法识别该异常，会误判当前电机处于未运转状态，所以电机驱动控制器一直驱动电机持续运转，导致电机失控运动。需要说明的是，编码器有a/b/z三个脉冲输出端，a和b一般是两个相差0.25个周期的连续脉冲输出，因此a/b信号也即是这两个脉冲输出端输出的脉冲信号，通过分析这两个脉冲的相位可以知道旋转方向，通过频率可以知道旋转的速度，z脉冲是编码器旋转一圈才出现一个脉冲，它是编码器上面的一个固定的一个参照点，通过对它计数就知道转了多少圈。所以根据a/b/z三个脉冲状态完全可以分析出编码器的运动状态，即确定速度、角度、方向等。
28.进一步的，当操作人员将急停装置激发后，为保证其他应该功能不受影响，电机驱动控制器会根据采集到的电机速度，判断是否需要调节电机转速，但由于电机增量编码器持续高电平无反馈信息变化，导致采集到的速度一直为零，因而电机驱动控制器判断当前转速无须调节，导致电机继续转动，而无法停下危险运动过程。
29.发明人正是发现了上述的技术问题，因此创造性的提出了本申请的机器人急停制
动安全防控方法。如图1a所示，机器人急停制动安全防控方法具体包括如下流程：
30.s101、在机器人按照预设指令运动时，实时获取机器人的电机运动状态数据。
31.本申请实施例中，预设指令可选的为用户(即机器人操作人员)为了通过机器人完成某一任务而设置的用于控制机器人的指令。可选的，用户可通过控制中心控制器完成指令设置，进而中心控制器将预设指令下发到机器人，例如通过通信协议下发，其中，中心控制器示例性的为计算机设备(例如个人pc或终端)。
32.机器人在接收到预设指令后，按照预设指令进行运动，并在运动过程中实时获取机器人的电机运动状态数据，其中，电机运动状态数据可以表征电机内置的编码器是否异常。在一种可选的实施方式中，电机运动状态数据至少包括电机的霍尔传感器采集的数据和电机内置的编码器输出的数据。
33.s102、根据所述电机运动状态数据，判断机器人电机内置的编码器是否异常。
34.可选的，根据电机运动状态数据包括的电机的霍尔传感器采集的数据和电机内置的编码器输出的数据，判断机器人电机内置的编码器是否异常。具体的，可利用预设的一致性比较算法，对霍尔传感器采集的数据和编码器输出的数据进行一致性比较，根据比较结果确定所述编码器是否异常，例如将霍尔传感器采集的数据和编码器输出的数据转换成同一预设指标，进而比较基于两种数据得到的预设指标值得变化趋势是否一致。如果一致，则电机内置的编码器正常，如果不一致，则表明电机内置的编码器异常，需要按照s103
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s104的步骤进行控制。
35.在此需要说明的是，编码器的异常包括所述编码器没有信号数据输出或所述编码器输出的信号数据不规则。而通过比较霍尔传感器采集的数据和电机内置的编码器输出的数据，确定电机编码器异常，解决了现有技术中无法识别编码器异常的情况。
36.s103、若判断编码器异常，则控制所述电机停止工作，将异常数据上报机器人操作系统，以便机器人操作系统根据所述异常数据进行异常处理。
37.通过s102确定电机的编码器异常后，为了避免通过急停装置无法控制机器人的情况，机器人主动纠正电机异常。可选的，电机驱动控制器可直接控制电机停止工作，同时将异常数据上报机器人操作系统，以便机器人操作系统根据所述异常数据进行异常处理。
38.s104、在接收到机器人操作系统下发的断电指令后，对所述电机进行断电处理。
39.本申请实施例中，为了避免电机驱动控制器无法控制电机停止工作，例如电机驱动控制器下发的控制指令因为软件漏洞而无法传输到电机，机器人操作系统下发断电指令以要求对电机进行断电。由此，电机驱动控制器在接收到机器人操作系统下发的断电指令后，直接对电机进行断电处理，以保证电机无法继续运动。进而由用户进行重启或维修，以消除编码器异常。
40.进一步的，为了详述机器人急停制动安全防控方法的流程，参见图1b，其示出了机器人急停制动安全防控方法的逻辑流程图。首先，机器人接收操作人员设置的运动相关指令，进而机器人执行运动相关指令，并在机器人移动过程中，电机驱动控制器持续获取电机的霍尔传感器采集的数据和电机内置的编码器输出的数据，并对霍尔传感器采集的数据和编码器输出的数据进行一致性比较。若比较结果一致，则机器人继续执行运动指令；若比较结果不一致，则确定电机的编码器异常，因此需要控制电机停止工作，并将异常上报给机器人操作系统，进而机器人操作系统下发指令控制底盘电机断电，并提示使用者联系管理员
报修处理，具体的，对机器人进行关机维修或更换电机等，处理完毕后，开启机器人，以使得机器人按照运行相关指令继续运动。
41.本申请实施例中，根据实时获取的机器人电机运动状态数据，确定电机内置的编码器是否异常，并在编码器异常的情况下，控制电机停止并断电处理。实现了对机器人运动过程中的因故障造成的异常状态，进行有效控制，也即通过机器人实现了自主检测并纠正电机异常的风险，由此从源头上避免出现用户通过机器人急停装置无法控制机器人的情况。
42.图2是根据本申请第二实施例的机器人急停制动安全防控方法的流程图，本实施例是在上述实施例的基础上进行优化，参见图2，该方法包括：
43.s201、在用户触发机器人急停之后，接收所述机器人操作系统下发的刹车指令，并根据所述刹车指令控制机器人进行急停。
44.本申请实施例中，在用户触发机器人急停时，机器人操作系统会主动生成刹车指令，并将指令下发到电机驱动控制器，以便控制电机执行刹车的动作。
45.s202、在第一预设时长之后，接收所述机器人操作系统下发的电机停止指令，并根据所述电机停止指令控制所述电机停止工作。
46.本申请实施例中，由于软件漏洞或其他硬件故障，可能导致刹车指令无法传递到电机驱动控制器，使得机器人无法执行刹车的动作，因此在下发刹车指令第一预设时长之后，机器人操作系统下发的电机停止指令到电机驱动控制器，以便电机驱动控制器控制电机停止工作，其中，第一预设时长示例性的为2秒。
47.s203、在第二预设时长之后，根据所述机器人操作系统下发的断电指令，对所述电机进行断电处理。
48.进一步的，为了避免前两步无法控制机器人停止运动，机器人操作系统在下发停止指令第二预设时长后，下发断电指令，以便电机驱动控制器根据断电指令对电机进行断电处理，其中，第二预设时长示例性的为3秒。在此需要说明的是，之所以在第二预设时长后下发断电指令，是为了避免机器人因为惯性出现跌倒的情况。
49.进一步的，机器人操作系统还用于在电机断电之后提示用户重启机器人或维修机器人。
50.本申请实施例中，在下发刹车指令后，在不同的时长后分别下发电机停止指令和电机断电指令，以保证机器人最终停止运动，优化了机器人控制效果，避免出现无法通过急停装置控制机器人的情况。
51.图3是根据本申请第三实施例的机器人急停制动安全防控装置的结构示意图，本实施例可适用于通过机器人自主检测并纠正电机异常风险的情况，参见图3，该装置包括：
52.状态数据获取模块301，用于在机器人按照预设指令运动时，实时获取机器人的电机运动状态数据；
53.异常判断模块302，用于根据所述电机运动状态数据，判断机器人电机内置的编码器是否异常；
54.电机停止模块303，用于在异常判断结果为是时，控制所述电机停止工作，将异常数据上报机器人操作系统，以便机器人操作系统根据所述异常数据进行异常处理；
55.断电控制模块304，用于在接收到机器人操作系统下发的断电指令后，对所述电机
进行断电处理。
56.在上述实施例的基础上，可选的，所述电机运动状态数据至少包括所述电机的霍尔传感器采集的数据和所述电机内置的编码器输出的数据。
57.在上述实施例的基础上，可选的，异常判断模块具体用于：
58.对所述霍尔传感器采集的数据和所述编码器输出的数据进行一致性比较，根据比较结果确定所述编码器是否异常。
59.在上述实施例的基础上，可选的，所述编码器的异常包括所述编码器没有信号数据输出或所述编码器输出的信号数据不规则。
60.在上述实施例的基础上，可选的，所述装置还包括：
61.刹车控制模块，用于在用户触发机器人急停之后，接收所述机器人操作系统下发的刹车指令，并根据所述刹车指令控制机器人进行急停；
62.电机控制模块，用于在第一预设时长之后，接收所述机器人操作系统下发的电机停止指令，并根据所述电机停止指令控制所述电机停止工作；
63.电机断电模块，用于在第二预设时长之后，根据所述机器人操作系统下发的断电指令，对所述电机进行断电处理。
64.在上述实施例的基础上，可选的，所述机器人操作系统还用于在电机断电之后提示用户重启机器人或维修机器人。
65.本申请实施例所提供的机器人急停制动安全防控装置可执行本申请任意实施例所提供的机器人急停制动安全防控方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
66.图4为本发明第四实施例提供的一种机器人的结构示意图。图4示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性机器人12的框图。图4显示的机器人12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
67.如图4所示，机器人12以通用计算设备的形式表现。机器人12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。
68.总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(isa)总线，微通道体系结构(mac)总线，增强型isa总线、视频电子标准协会(vesa)局域总线以及外围组件互连(pci)总线。
69.机器人12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被机器人12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
70.系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(ram)30和/或高速缓存存储器32。机器人12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图4未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图4中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如cd
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rom,dvd
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rom或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施
例的功能。
71.具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
72.机器人12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该机器人12交互的设备通信，和/或与使得该机器人12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口22进行。并且，机器人12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与机器人12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合机器人12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
73.处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的机器人急停制动安全防控方法，所述方法包括：
74.在机器人按照预设指令运动时，实时获取机器人的电机运动状态数据；
75.根据所述电机运动状态数据，判断机器人电机内置的编码器是否异常；
76.若是，则控制所述电机停止工作，将异常数据上报机器人操作系统，以便机器人操作系统根据所述异常数据进行异常处理；
77.在接收到机器人操作系统下发的断电指令后，对所述电机进行断电处理。
78.当然，本领域技术人员可以理解，当上述机器人所包括一个或者多个程序被一个或者多个处理器执行时，程序还可以进行本申请任意实施例中所提供的机器人急停制动安全防控方法中的相关操作。
79.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例所提供的机器人急停制动安全防控方法，所述方法包括：
80.在机器人按照预设指令运动时，实时获取机器人的电机运动状态数据；
81.根据所述电机运动状态数据，判断机器人电机内置的编码器是否异常；
82.若是，则控制所述电机停止工作，将异常数据上报机器人操作系统，以便机器人操作系统根据所述异常数据进行异常处理；
83.在接收到机器人操作系统下发的断电指令后，对所述电机进行断电处理。
84.本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd
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rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件
使用或者与其结合使用。
85.计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
86.计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
87.可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
88.注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。