基于能量最优的清洁机器人定位方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术提供一种基于能量最优的清洁机器人定位方法、系统及介质，包括：步骤S1：在目标区域设置固定坐标系；步骤S2：设置机械臂的基坐标系，用转换矩阵表示基坐标系和和固定坐标系之间的位姿关系；步骤S3：得到清扫任务目标点在固定坐标系的坐标值；步骤S4：得到任务目标点在机械臂基坐标系下坐标点；步骤S5：得到的机械臂基坐标系下的点转换到关节空间下；步骤S6：根据目标点生成n个轨迹点，通过求导得到速度和加速度；步骤S7：建立动力学方程；步骤S8：根据动力学方程求解出机械臂能量；步骤S9：采用智能算法求解min(f(e)),得到底盘最优位置；步骤S10：底盘运动到最优位置后机械臂再执行清扫任务。本发明专利技术能够使机械臂在执行任务时消耗能量最少。消耗能量最少。消耗能量最少。

Positioning method, system and medium of cleaning robot based on energy optimization

【技术实现步骤摘要】
基于能量最优的清洁机器人定位方法、系统及介质


[0001]本专利技术涉及机器人清洁
，具体地，涉及一种基于机械臂进行酒店卫生间清扫任务时，通过选择合适的导航底盘停止位置使机械臂执行清扫任务消耗能量最小的打扫方法，尤其涉及一种基于能量最优的清洁机器人定位方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，智能机器人开始进入生活中的各个方面，机器替人也逐渐成为大趋势，对于移动式机器人，其电源供给基本都是通过便携式电池单元来提供，但是由于电池续航能力一直是一个让人头疼的问题，增强机器人续航能力的手段无非就是开源和节流。开源的方法是通过增加机器人电池的容量来实现，但是电池容量的提升伴随着的就是需要电池尺寸的增加或者新材料新工艺的出现，而这往往需要成本的提升，节流的方法就是通过降低机器人的功率。而在酒店机器人领域，目前基本都采取的方法就是当机器人处于空闲时自动去充电的方式来提升机器人的续航能力，但对于酒店清洁机器人由于客房打扫是一个工作时间集中，工作量大的任务，无法采用这种方式。因此就需要通过降低机器人在执行任务过程中的能量消耗来实现高的续航能力。
[0003]机械臂的运行轨迹对能耗有着较大影响，而运行轨迹的确定通常和底座的位置有着很大的联系。移动式机器人的工作流程通常为底盘导航移动到一个合适的位置然后停下来，由机械臂来进行清扫任务。传统的工业机械臂是基座固定的，机械臂的基座位置大都是根据经验或者仿真来选定的，但最终选定的位置可能并不是最优的结果，经验和仿真无法将一个周期的运动时间、能量消耗等因素都考虑完全，而移动式机器人与传统工业机器人相比有一个天然的优势，就是机械臂的基座位置是可以随意移动的，因此可以根据这一优势来通过以能量消耗作为目标来计算出一个机械臂的基座位置来，这样移动机器人每次停止在该位置时，机械臂来进行打扫时能够以最少的能耗完成任务。
[0004]公开号为CN114115212A的专利技术专利，公开了一种清洁机器人的定位方法及采用该方法的清洁机器人，包括如下步骤：步骤1、获取房间天花板先验地图；步骤2、清洁机器人在实际清扫过程中，通过当前位置拍摄到的房间天花板图像，获取当前位置在房间天花板先验地图中的位置：将当前位置拍摄到的房间天花板图像称为实时图像，将实时图像中两条对角线的交点作为实时位置点，获取实时图像中房间天花板的边界，计算实时位置点到实时图像中房间天花板边界中四条直线的距离，然后根据房间天花板先验地图，得到实时位置点在整个房间天花板先验地图中的具体位置。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于能量最优的清洁机器人定位方法、系统及介质。
[0006]根据本专利技术提供的一种基于能量最优的清洁机器人定位方法、系统及介质，所述方案如下：
[0007]第一方面，提供了一种基于能量最优的清洁机器人定位方法，所述方法包括：
[0008]步骤S1：在需要清扫的目标区域设置固定坐标系；
[0009]步骤S2：设置机械臂的基坐标系，用转换矩阵表示基坐标系和和固定坐标系之间的位姿关系；
[0010]步骤S3：测出清扫任务目标点在固定坐标系的坐标值；
[0011]步骤S4：将任务目标点位通过乘以所述转换矩阵得到任务目标点在机械臂基坐标系下坐标点；
[0012]步骤S5：通过运动学逆解将步骤S4得到的机械臂基坐标系下的点转换到关节空间下；
[0013]步骤S6：根据步骤S5中的目标点使用五次多项式规划插值生成n个轨迹点，通过求导得到速度和加速度；
[0014]步骤S7：基于步骤S5建立动力学方程；
[0015]步骤S8：根据动力学方程求解出机械臂能量；
[0016]步骤S9：采用智能算法以f(t)函数为目标函数进行求解min(f(e)),得到底盘最优位置；
[0017]步骤S10：将步骤S9得到的最优位置作为底盘导航位置的目标点，每次底盘运动到目标点后机械臂再执行清扫任务。
[0018]优选地，所述步骤S2包括：
[0019]用转换矩阵表示基坐标系{B}和和固定坐标系{G}之间的位姿关系：
[0020][0021]其中，表示的是固定坐标系在基坐标系下的旋转关系，表示的是两固定坐标系在基坐标系下的位置关系。
[0022]优选地，所述步骤S7包括：
[0023]对于多关节串联的机械臂，采用拉格朗日方程建立关节空间的动力学方程：
[0024][0025]其中，M(θ)是机械臂的惯性矩阵，是哥氏力与离心力矩阵，g(θ)是重力矩阵，τ是关节力矩，是速度、加速度。
[0026]优选地，所述步骤S8包括：
[0027]根据动力学方程求解出机械臂能量：
[0028][0029]其中，f
e
表示机械臂第j个关节在第i个点运动到第i+1个点所消耗的总能量，τ
i
和分别为第j个关节的力矩和速度，t
i
为第i个点运动到第i+1个点所消耗的时间，n表示轨迹点的个数,m表示机械臂关节数。
[0030]第二方面，提供了一种基于能量最优的清洁机器人定位方法系统，所述系统包括：
[0031]模块M1：在需要清扫的目标区域设置固定坐标系；
[0032]模块M2：设置机械臂的基坐标系，用转换矩阵表示基坐标系和和固定坐标系之间的位姿关系；
[0033]模块M3：测出清扫任务目标点在固定坐标系的坐标值；
[0034]模块M4：将任务目标点位通过乘以所述转换矩阵得到任务目标点在机械臂基坐标系下坐标点；
[0035]模块M5：通过运动学逆解将模块M4得到的机械臂基坐标系下的点转换到关节空间下；
[0036]模块M6：根据模块M5中的目标点使用五次多项式规划插值生成n个轨迹点，通过求导得到速度和加速度；
[0037]模块M7：基于模块M5建立动力学方程；
[0038]模块M8：根据动力学方程求解出机械臂能量；
[0039]模块M9：采用智能算法以f(t)函数为目标函数进行求解min(f(e)),得到底盘最优位置；
[0040]模块M10：将模块M9得到的最优位置作为底盘导航位置的目标点，每次底盘运动到目标点后机械臂再执行清扫任务。
[0041]优选地，所述模块M2包括：
[0042]用转换矩阵表示基坐标系{B}和和固定坐标系{G}之间的位姿关系：
[0043][0044]其中，表示的是固定坐标系在基坐标系下的旋转关系，表示的是两固定坐标系在基坐标系下的位置关系。
[0045]优选地，所述模块M7包括：
[0046]对于多关节串联的机械臂，采用拉格朗日方程建立关节空间的动力学方程：
[0047][0048]其中，M(θ)是机械臂的惯性矩阵，是哥氏力与离心力矩阵，g(θ)是重力矩阵，τ是关节力矩，是速度、加速度。
[0049]优选地，所述模块M8包括：
[0050]根据动力学方程求解出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于能量最优的清洁机器人定位方法，其特征在于，包括：步骤S1：在需要清扫的目标区域设置固定坐标系；步骤S2：设置机械臂的基坐标系，用转换矩阵表示基坐标系和和固定坐标系之间的位姿关系；步骤S3：测出清扫任务目标点在固定坐标系的坐标值；步骤S4：将任务目标点位通过乘以所述转换矩阵得到任务目标点在机械臂基坐标系下坐标点；步骤S5：通过运动学逆解将步骤S4得到的机械臂基坐标系下的点转换到关节空间下；步骤S6：根据步骤S5中的目标点使用五次多项式规划插值生成n个轨迹点，通过求导得到速度和加速度；步骤S7：基于步骤S5建立动力学方程；步骤S8：根据动力学方程求解出机械臂能量；步骤S9：采用智能算法以f(t)函数为目标函数进行求解min(f(e)),得到底盘最优位置；步骤S10：将步骤S9得到的最优位置作为底盘导航位置的目标点，每次底盘运动到目标点后机械臂再执行清扫任务。2.根据权利要求1所述的基于能量最优的清洁机器人定位方法，其特征在于，所述步骤S2包括：用转换矩阵表示基坐标系{B}和和固定坐标系{G}之间的位姿关系：其中，表示的是固定坐标系在基坐标系下的旋转关系，表示的是两固定坐标系在基坐标系下的位置关系。3.根据权利要求1所述的基于能量最优的清洁机器人定位方法，其特征在于，所述步骤S7包括：对于多关节串联的机械臂，采用拉格朗日方程建立关节空间的动力学方程：其中，M(θ)是机械臂的惯性矩阵，是哥氏力与离心力矩阵，g(θ)是重力矩阵，τ是关节力矩，是速度、加速度。4.根据权利要求3所述的基于能量最优的清洁机器人定位方法，其特征在于，所述步骤S8包括：根据动力学方程求解出机械臂能量：其中，f
e
表示机械臂第j个关节在第i个点运动到第i+1个点所消耗的总能量，τ
i
和分别为第j个关节的力矩和速度，t
i
为第i个点运动到第i+1个点所消耗的时间，n表示轨迹点
的个数,m表示机械臂关节数。5.一种基于能量最优的清洁机器人定位系统，其特征在于，包括：模块M1：在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴经纬，郭震，
申请(专利权)人：上海景吾酷租科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：