CN100574835C - 射箭机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种机器人技术领域的射箭机器人系统，包括：游客用弓箭、虚拟箭靶生成系统、视觉系统、游客操作系统、网络服务器、主控计算机、灯光音响系统、机器人左臂、机器人控制器、机器人右臂、机器人专用弓箭机构、靶板、屏幕，其连接关系为：主控计算机与虚拟箭靶生成系统、视觉系统、游客操作系统、灯光音响系统、机器人控制器、机器人左臂和机器人右臂、以及机器人专用弓箭机构相连接，机器人左臂和机器人右臂与机器人控制器分别相连接，机器人专用弓箭机构安装在由机器人左臂和机器人右臂组成的左右臂上，靶板固定在地面上，屏幕悬挂在靶板前面。本发明具有人机交互的功能，另外本发明射箭系统效率高、射箭精度高。

Description

射箭机器人系统

技术领域

本发明涉及的是一种机器人技术领域的系统，具体是一种射箭机器人系统。

背景技术

射箭是体能、技能和心里素质的综合体验，技术动作全过程分为准备部分和发射部分。准备部分包括站立、准备、举弓、开弓、固势、瞄准，发射部分包括伸展、撒放和射后余姿等环节。目前虽然有些大城市修建了室内射箭馆，提供了真实的射箭环境，但存在如下弊端：使用标准的弓箭，重量较重、尺寸也较大，不适合儿童和力气较小的人使用，使参与人群受限。需要专业的拉弓、放箭知识，存在一定的危险性，必须事先经专业人员辅导，过程复杂，降低了娱乐性。由于室内射箭馆成本较高，加之容量限制，导致消费也偏高。因此开发一种适合各类人群的集运动与娱乐为一体的射箭机器人系统是十分必要的，娱乐机器人已成为机器人领域的重要发展方向之一。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为200420081489.1，实用新型专利《射箭机器人》，提供了一种射箭机器人，包括握弓手和取箭拉弦手二部分，每部分包括结构相同的底座、大臂和小臂，底座和大臂、大臂和小臂均为转动相连。握弓手还包括固定在其小臂上的握弓手爪，取箭拉弦手还包括固定在其小臂上的取箭拉弦手爪。该射箭机器人虽然可以有效完成射箭动作的全过程，但结构设计比较复杂，要保证射箭动作的正确性与精确性，对机器人本体的加工精度和控制精度要求都较高。另外，没有配备响应的辅助设备，如音响、多媒体显示等，娱乐性不强，同时缺少必要的保护措施，安全性差，不适合青少年的参与。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种射箭机器人系统，使其自动完成拉弓、放箭等动作，并伴有语音效果，如动作提示、射击环数、注意事项等，同时游客还可以根据自身需要选取不同型号的弓箭，和机器人比赛射箭技术，有很强的娱乐性。

本发明通过以下技术方案实现的，本发明包括：游客用弓箭、虚拟箭靶生成系统、视觉系统、游客操作系统、网络服务器、主控计算机、灯光音响系统、机器人左臂、机器人控制器、机器人右臂、机器人专用弓箭机构、靶板、屏幕，其连接关系为：主控计算机与虚拟箭靶生成系统、视觉系统、游客操作系统、灯光音响系统、机器人控制器、机器人左臂和机器人右臂以及机器人专用弓箭机构分别相连接，机器人左臂和机器人右臂与机器人控制器相连接，机器人专用弓箭机构安装在由机器人左臂和机器人右臂组成的左右臂上，靶板固定在地面上，屏幕悬挂在靶板前面。

所述虚拟箭靶生成系统负责在靶板上生成射击目标；所述视觉系统负责采集和处理靶板上面的图像，并把图像信息处理结果传递给主控计算机；所述游客操作系统由游客选择箭靶运动模式和对抗难度，并将选择后的信息传送至主控计算机；所述主控计算机一方面接收游客操作系统的信息，形成机器人双臂运动控制信息，并将该控制信息传递给机器人控制器，另一方面接收视觉系统的图像信息，进行处理之后，将射击结果传送给灯光音响系统；所述机器人控制器驱动机器人左臂和机器人右臂协调动作，完成拉弓、瞄准、射击动作；所述灯光音响系统，接收主控计算机的射击结果信息，以语音和图像形式进行射击结果的实时报靶，还负责渲染现场气氛，构造故事场景；所述网络服务器，通过局域网或Internet网，网络服务器和主控计算机相连接，便于场馆工作人员监控整个射箭过程。

所述机器人专用弓箭机构，包括：定位销、导向体、压紧气缸、箭杆、固定端、行程开关、弹簧、拉弓气缸、定位气缸、光电传感器、弓、定位槽，弓通过定位槽安装在导向体内，导向体和压紧气缸相连接，导向体右端和弹簧相联，弹簧和固定端相联，固定端固定在机器人右臂上，定位气缸一端通过定位销连接在导向体上，另一端连接在拉弓气缸上，拉弓气缸固定在机器人左臂上，固定端上装有行程开关，定位槽内装有光电传感器。

所述机器人左臂和机器人右臂均为工业机器人，机器人左臂负责自动拉弓，机器人右臂配合左臂完成伺服跟踪箭靶的动作，以保证射箭的精度。另外，由于工业机器人的运动范围能够通过程序设定，因此可确保射出的箭在一定目标区域内，提高了机器人射箭系统的安全性。

所述屏幕，为可翻转折叠的屏幕，在射击比赛之前进行相关知识的解说及动作演示，开始比赛时，将屏幕翻至靶板后面。

所述游客专用弓箭，根据拉开所需要的力量大小分为三种类型：大型、中型、小型。

所述箭杆，其前端设有箭头。

所述箭靶运动模式，包括固定和移动两种，通过选择固定靶、移动靶以及靶的移动速度等来决定对抗难度。

所述光电传感器，检测箭杆被安放好的信号和箭杆被射出的信号，并将信号反馈给主控计算机。

本发明工作时，由箭靶生成系统在靶板上生成射击目标，游客根据个人需求通过游客操作系统选择箭靶运动模式和对抗难度，并将选择后的信息传送至主控计算机，主控计算机接收目标信息和游客选择信息进行数据处理。操作人员通过机器人控制器上的示教盒操作机器人完成射击动作所需位姿，并记录下各个示教点的位姿数据，然后利用机器人语言进行在线编程，当程序回放时，机器人便可执行程序要求的轨迹，此过程为机器人示教(teachprogramming)。根据从机器人示教中获得的时差，便能决策出机器人左右臂的运动轨迹的运动信息，将该运动信息传送给机器人控制器，机器人控制器驱动机器人左臂和机器人右臂协调动作，完成机器人射箭过程。同时游客自己瞄准靶板上目标，射出游客用弓箭，视觉系统将箭靶上的图像传送给主控计算机，主控计算机经过图像处理后，将射击结果传送给灯光音响系统，灯光音响系统以语音和图像形式进行比赛结果的实时报靶。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：第一，本发明具有人机交互功能，游客可以根据自身需要选取不同型号的弓箭，以及选择固定或者移动的射击目标，和机器人比赛射箭技术，具有很强的娱乐性；第二，本发明效率高、精度高，整个射箭过程，包括机器人准备、拉弓、瞄准、射出到归位只需几秒或几十秒的时间，采用2个工业机器人作为射箭机器人的左右臂，保证了射箭动作的准确性、精确性与协调性，避免了复杂的机械设计与机械加工；第三，工业机器人的运动范围能够通过程序设定，因此可确保射出的箭在一定目标区域内，提高了机器人射箭系统的安全性。

附图说明

图1是本发明的射箭机器人系统结构示意图；

图2是本发明机器人专用弓箭机构的弓部分结构示意图；

图3是本发明机器人专用弓箭机构结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例通过以下技术方案实现的，本实施例包括：游客用弓箭1、虚拟箭靶生成系统3、视觉系统4、游客操作系统5、网络服务器6、主控计算机7、灯光音响系统8、机器人左臂9、机器人控制器10、机器人右臂11、机器人专用弓箭机构12、靶板13、屏幕14，其连接关系为：主控计算机7与虚拟箭靶生成系统3、视觉系统4、游客操作系统5、灯光音响系统8、机器人控制器10、机器人左臂9和机器人右臂11、以及机器人专用弓箭机构12相连接，机器人左臂9和机器人右臂11与机器人控制器10相连接，机器人专用弓箭机构12安装在由机器人左臂9和机器人右臂11组成的左右臂上，靶板13固定在地面上，屏幕14悬挂在靶板13前面。

所述虚拟箭靶生成系统3负责在靶板13上生成射击目标；所述视觉系统4负责采集和处理靶板13上面的图像，并把图像信息处理结果传递给主控计算机7；所述游客操作系统5由游客选择箭靶运动模式和对抗难度，并将选择后的信息传送至主控计算机7；所述主控计算机7一方面接收游客操作系统5的信息，形成机器人双臂运动控制信息，并将该控制信息传递给机器人控制器10，另一方面接收视觉系统4的图像信息，进行处理之后，将射击结果传送给灯光音响系统8；所述机器人控制器驱动机器人左臂9和机器人右臂11协调动作，完成拉弓、瞄准、射击动作；所述灯光音响系统8，接收主控计算机的射击结果信息，以语音和图像形式进行射击结果的实时报靶，还负责渲染现场气氛，构造故事场景；所述网络服务器6，通过局域网或Internet网，网络服务器6和主控计算机7相连接，便于场馆工作人员监控整个射箭过程。

如图2和图3所示，所述机器人专用弓箭机构12，包括：定位销20、导向体21、压紧气缸22、箭杆23、固定端25、行程开关26、弹簧27、拉弓气缸28、定位气缸29、光电传感器30、弓31、定位槽32，弓31通过定位槽32安装在导向体21内，箭杆23放置在弓上，导向体21和压紧气缸22相连接，导向体21右端和弹簧27相联，弹簧27和固定端25相联，固定端25固定在机器人右臂11上，定位气缸29一端通过定位销20连接在导向体21上，另一端连接在拉弓气缸28上，拉弓气缸28固定在机器人左臂9上，固定端25上装有行程开关26，定位槽32内装有光电传感器30。

所述机器人左臂9和机器人右臂11均为工业机器人，机器人左臂9负责自动拉弓，机器人右臂11配合左臂完成伺服跟踪箭靶的动作，以保证射箭的精度。

所述屏幕14，为可翻转折叠的屏幕，在射击比赛之前进行相关知识的解说及动作演示，开始比赛时，将屏幕14翻至靶板13后面。

所述游客专用弓箭1根据拉开所需要的力量大小分为三种类型：大型、中型、小型。

所述箭杆23，前端设有箭头24。

所述箭靶，其运动模式包括固定和移动两种，通过选择固定靶、移动靶以及靶的移动速度等来决定对抗难度。

所述光电传感器30，检测箭杆23被安放好的信号和箭杆23被射出的信号，并将信号反馈给主控计算机7。

本实施例工作时，由箭靶生成系统3在靶板13上生成射击目标，游客根据个人需求通过游客操作系统5选择箭靶运动模式和对抗难度，并将选择后的信息传送至主控计算机7，主控计算机7接收目标信息和游客选择信息进行数据处理。操作人员通过机器人控制器10上的示教盒操作机器人左右臂完成射击动作所需位姿，并记录下各个示教点的位姿数据，然后利用机器人语言进行在线编程，当程序回放时，机器人便可执行程序要求的轨迹，此过程为机器人示教(teachprogramming)。根据从机器人示教中获得的时差(时差值与箭靶运动模式有关，通常为3～5秒)，便能决策出机器人左右臂的运动轨迹的运动信息，将该运动信息传送给机器人控制器10，机器人控制器10驱动机器人左臂9和机器人右臂11协调动作，完成机器人射箭过程。同时游客自己瞄准靶板上目标，射出游客用弓箭，视觉系统4将箭靶13上的图像传送给主控计算机7，主控计算机7经过图像处理后，将射击结果传送给灯光音响系统8，灯光音响系统8以语音和图像形式进行比赛结果的实时报靶。

所述机器人射箭过程包括如下具体4个阶段：准备、拉弓与固势、瞄准与发射、归位。

(一)准备阶段：工作人员将弓31通过定位槽32安装在导向体21内，箭杆23放置在弓上，主控计算机7通过定位槽32内的光电传感器30检测到箭杆23被安放好的信号后，启动压紧气缸22，使导向体21压紧箭杆23。

(二)拉弓与固势阶段：主控计算机7启动定位气缸29，带动定位销20向上运动，插入到导向体21上面，然后启动拉弓气缸28，带动导向体21向左运动，弹簧27被拉伸，当弓31被拉开到一定位置后，自动关闭拉弓气缸28阀门。

(三)瞄准与发射阶段：靶板13上的射击目标是经过机器人示教后存储在主控计算机7中的，主控计算机7根据游客在游客操作系统5上的选择，控制靶生成系统3在靶板13上形成射击目标，主控计算机7根据射击目标规划出机器人左右臂末端执行器的轨迹，并传送相应控制命令给机器人控制器10，机器人控制器10控制机器人左右臂动作，完成射击目标的瞄准。射击时，主控计算机7控制定位气缸29阀门动作，类似射击时扣动“扳机”，这时弹簧27快速拉回导向体21，当回到原位触动行程开关26时，关闭压紧气缸22阀门，箭杆23便快速飞出，射向靶板。

(四)归位：槽32内的光电传感器30检测到箭杆23射出后，将信息反馈给主控计算机7，主控计算机7发命令给机器人控制器10，机器人控制器10控制机器人左臂9和机器人右臂11归回原位。

本实施例提供了具有人机交互功能，游客可以根据自身需要选取不同型号的弓箭，以及选择固定或者移动的射击目标，和机器人比赛射箭技术，具有很强的娱乐性；另外，本实施例效率高，整个射箭过程，包括机器人准备、拉弓、瞄准、射出到归位只需几秒或几十秒的时间，同时本实施例射箭精度高。

Claims (4)

1、一种射箭机器人系统，包括：机器人左臂、机器人右臂、靶板，其特征在于，还包括：游客用弓箭、虚拟箭靶生成系统、视觉系统、游客操作系统、网络服务器、主控计算机、机器人控制器、灯光音响系统、机器人专用弓箭机构、屏幕，主控计算机与虚拟箭靶生成系统、视觉系统、游客操作系统、灯光音响系统、机器人控制器、机器人左臂和机器人右臂、以及机器人专用弓箭机构分别相连接，机器人左臂和机器人右臂与机器人控制器相连接，机器人专用弓箭机构安装在由机器人左臂和机器人右臂组成的左右臂上，靶板固定在地面上，屏幕悬挂在靶板前面，其中：

所述虚拟箭靶生成系统负责在靶板上生成射击箭靶；

所述视觉系统负责采集和处理靶板上面的图像，并把图像信息处理结果传递给主控计算机；

所述游客操作系统由游客选择箭靶运动模式和对抗难度，并将选择后的信息传送至主控计算机；

所述主控计算机一方面接收游客操作系统的信息，形成机器人双臂运动控制信息，并将该控制信息传递给机器人控制器，另一方面接收视觉系统的图像信息，进行处理之后，将射击结果传送给灯光音响系统；

所述机器人控制器驱动机器人左臂和机器人右臂协调动作，完成拉弓、瞄准、射击动作；

所述灯光音响系统，接收主控计算机的射击结果信息，以语音和图像形式进行射击结果的实时报靶，还负责渲染现场气氛，构造故事场景；

所述网络服务器，通过局域网或Internet网，网络服务器和主控计算机相连接，便于场馆工作人员监控整个射箭过程。

2、根据权利要求1所述的射箭机器人系统，其特征是，所述机器人专用弓箭机构，包括：定位销、导向体、压紧气缸、箭杆、固定端、行程开关、弹簧、拉弓气缸、定位气缸、光电传感器、弓、定位槽，弓通过定位槽安装在导向体内，箭杆放置在弓上，导向体和压紧气缸相连接，导向体右端和弹簧相联，弹簧和固定端相联，固定端固定在机器人右臂上，定位气缸一端通过定位销连接在导向体上，另一端连接在拉弓气缸上，拉弓气缸固定在机器人左臂上，固定端上装有行程开关，导向槽内装有光电传感器。

3、根据权利要求1所述的射箭机器人系统，其特征是，所述屏幕，为可翻转折叠的屏幕。

4、根据权利要求2所述的射箭机器人系统，其特征是，所述光电传感器，检测箭杆被安放好的信号和箭杆被射出的信号，并将信号反馈给主控计算机。

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