CN101890719B - 机器人远程控制装置及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人远程控制装置及机器人系统，该机器人远程控制装置包括眼镜架式头戴装置和指环控制器，所述头戴装置采集用户头部运动数据和眼部运动数据且根据采集的头部运动数据与眼部运动数据生成相应的控制指令并发送，所述指环控制器采集用户手部运动数据并将采集的手部运动数据发送到所述头戴装置，所述头戴装置根据采集的手部运动数据生成相应的控制指令并发送。上述机器人系统及机器人远程控制装置，将头戴装置制成眼镜架形状，采集头部和眼部运动数据并生成相应的控制指令，指环控制器采集手部运动数据生成相应的控制指令，眼镜架式头戴装置和戴于手指上的指环控制器，携带方便，便于用户操作控制机器人。

Description

机器人远程控制装置及机器人系统

【技术领域】

本发明涉及机器人控制领域，特别涉及一种机器人远程控制装置及机器人系统。

【背景技术】

随着机器人技术的不断发展，越来越多的机器人开始替代人类执行各种任务。一般情况下，机器人与操纵者之间相隔很远或者操纵者无法直接看到机器人的周围环境。因此，机器人的远程控制系统必须利用机器视觉技术来使操纵者“共享”机器人的视野，否则无法实现操纵。而头戴式显示器配合动作传感器可以很好地完成机器人视野的共享和运动的控制这两个任务。

头戴式显示器由装置在头盔上的小型显示器组成，其研究开始于1960年。最初只有一个显示器，仅提供单目视觉，被用来开发驾驶员与飞机之间的虚拟界面系统。随后，装有两个显示器的双目式头戴式显示器被用来显示计算机生成的三维立体虚拟环境。

加装动作传感器后，头戴式显示器能够感知佩戴者头部姿态的变化，并控制远端的摄像头云台执行同样的姿态变动，即佩戴者看到的图像随头部姿态的变化而变化，从而产生一种身临其境的浸入感，这是传统的桌面式和面板式显示器所无法实现的。因而头戴式显示器又被应用到机器人远程遥控系统上，为操作员提供机器人端周围环境的立体视觉。由双目头戴式显示器和灵活的操纵器组合而成的远程遥控系统，能够极大地提高远程遥控任务的灵活度和精确度。

1988年至1991年，美国圣迭戈的空间和海洋作战系统中心(The Space andNaval Warfare Systems Center，San Diego，SSC San Diego)开发出TOPS/CVM系统(The Teleoperator/Telepresence System/Concept Verification Model，远程再现遥控系统/概念验证模型)。TOPS/CVM是一套全浸入式的远程遥控系统，主要由一个头戴式显示器、穿戴式力回馈控制手套以及机械躯干组成。其中头戴式显示器提供清晰立体视觉和头部动作感应，力回馈手套提供对远端机械手的控制，机械躯干起支撑和感应人体躯干动作的作用。

综上所述，传统的远程控制系统或由操纵杆和显示器组成，或由一整套复杂的穿戴式设备组成，体积大不便于携带。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种携带方便的机器人远程控制装置。

一种机器人远程控制装置，包括眼镜架式头戴装置和指环控制器，所述头戴装置采集用户头部运动数据和眼部运动数据且根据采集的头部运动数据与眼部运动数据生成相应的控制指令并发送，所述指环控制器采集用户手部运动数据并将采集的手部运动数据发送到所述头戴装置，所述头戴装置根据采集的手部运动数据生成相应的控制指令并发送。

优选地，所述头戴装置包括：

头部运动检测器，获取头部运动数据；

眼部运动检测器，获取眼部运动数据；

微处理器模块，根据获取的头部运动数据计算得到头部运动方向，根据获取眼部运动数据计算得到眼球运动方向，根据获取的手部运动数据计算得到手指运动方向，再根据头部运动方向、眼球运动方向及手指运动方向分别生成相应的控制指令；

第一通信模块，发送所述控制指令。

优选地，所述头戴装置还包括与所述微处理器模块和第一通信模块相连的用于显示操作系统界面的多媒体显示模块，所述第一通信模块还接收机器人端发送的所采集的数据信息，并通过所述多媒体显示模块输出。

优选地，所述多媒体显示模块包括两个微型显示器，所述两个微型显示器设置在眼镜架结构的镜片所在安装位置上。

优选地，所述头戴装置还包括音频输出接口，所述音频输出接口设于眼镜架的镜笔上。

优选地，所述头戴装置还包括存储模块，用于存储头部运动的识别算法、眼球运动方向和眨眼动作的识别算法及手指运动方向和叩手动作的识别算法，所述微处理器模块分别根据头部、眼部及手部的运动数据和相对应的识别算法生成相应的控制指令。

优选地，所述头部运动检测器为微型三轴陀螺仪，采集头部姿态变化；所述眼部运动检测器为两个微型摄像头，设置在眼镜架的镜片所在位置，按预定时间间隔采集眼部图像数据。

优选地，第一通信模块包括与所述指环控制器进行通信的蓝牙模块和与机器人端进行通信的远程无线通信模块。

优选地，所述指环控制器包括手指运动检测器和与手指运动检测器相连的第二通信模块，所述手指运动检测器获取手部运动数据，并通过所述第二通信模块发送到所述头部装置。

优选地，所述指环控制器还包括发热报警模块，根据第二通信模块接收的头戴装置发送的发热指令发出报警信号。

优选地，所述指环控制器包括测量手指运动加速度数据的微型三轴加速度传感器和采集手指运动姿态的微型三轴陀螺仪。

优选地，所述微处理器模块还根据采集的眼部运动数据计算生成控制操作系统界面上的光标的控制指令。

此外，还有必要提供一种采用上述机器人远程控制装置的机器人系统。

一种机器人系统，包括采集数据信息并发送的机器人和上述的机器人远程控制装置，所述机器人远程控制装置接收机器人采集的数据信息，并发送相应的控制指令到机器人，所述机器人根据所述控制指令执行相关的动作。

上述机器人系统及机器人远程控制装置，将头戴装置制成眼镜架形状，采集头部和眼部运动数据并生成相应的控制指令，指环控制器采集手部运动数据生成相应的控制指令，眼镜架式头戴装置和戴于手指上的指环控制器，携带方便，便于用户操作控制机器人。

【附图说明】

图1为一个实施例中机器人系统的结构示意图；

图2为一个实施例中头戴装置内部结构示意图；

图3为一个实施例中头戴装置外部结构示意图；

图4为一个实施例中指环控制器内部结构示意图；

图5为一个实施例中指环控制器的外观示意图；

图6为一个实施例中机器人系统的应用示意图。

【具体实施方式】

如图1所示，一种机器人系统，包括机器人10和机器人远程控制装置20。机器人10采集数据信息并发送到机器人远程控制装置20。机器人10采集的数据信息包括视频、音频和各种传感器数据中的至少一种。另外，机器人10通过无线通信的方式将采集的数据信息发送到机器人远程控制装置20。该无线通信方式可为3G通信方式或WiFi通信方式。

在一个实施例中，机器人远程控制装置20包括眼镜架式头戴装置200和指环控制器220。如图2所示，头戴装置200包括头部运动检测器201、眼部运动检测器202、微处理器模块203、第一通信模块204和存储模块205。头部运动检测器201获取用户头部运动数据，眼部运动检测器202获取眼部运动数据，微处理器模块203根据采集的头部运动数据与眼部运动数据生成相应的控制指令并通过第一通信模块204发送到机器人10端，存储模块205存储获取的头部运动的识别算法、眼球运动方向和眨眼动作的识别算法。本实施例中，头部运动检测器201为一个微型三轴陀螺仪和一个微型三轴加速度传感器，分别检测头部的姿态数据和头部运动加速度数据，微处理器模块203根据采集的头部姿态数据、头部运动加速度数据及存储模块205中的头部运动识别算法计算得到头部运动方向，根据头部运动方向生成相应的头部控制指令。眼部运动检测器202为微型摄像头，此处采用两个，分别设置在眼镜架上的镜片所在位置的上方，按照预定时间间隔采集用户眼部图像数据，微处理器模块203根据眼部图像数据及眨眼动作的识别算法计算得出眼球运动方向，根据眼球运动方向生成相应的控制指令。第一通信模块204包括与指环控制器220进行通信的蓝牙模块和与机器人10端进行通信的远程无线通信模块。该远程无线通信模块可为3G模块或WiFi模块。这样，采集远程无线通信模块与机器人进行通信，解决了距离上的限制，使用户能随时随地的控制家中的机器人。上述机器人远程控制装置20设计成眼镜架式的头戴装置200和指环控制器220，直接如人佩戴眼镜和戒指一样，携带方便。

在一个实施例中，头戴装置200还包括与微处理器模块203和第一通信模块204相连的用于显示操作系统界面的多媒体显示模块206和设置在眼镜架的镜笔上输出音频信号的音频输出接口。多媒体显示模块206将机器人10采集的视频进行显示，形成立体视觉。多媒体显示模块206还设有多种显示模式，不同模式之间可进行切换。本实施例中，微处理器模块203还根据眼球运动方向生成相应的控制指令来控制多媒体显示模块206上显示的操作系统界面的光标进行操作，如文字输入、绘制图形等。另外，对于头戴式的显示系统，由于人无法看到离眼睛过于接近的物体，还需要利用光学系统进行辅助，使人眼看到清晰的图像。音频输出接口为两个耳机插孔，分别设置在眼镜架的左右镜笔上，便于用户插入耳机接收输出的音频信号。如图3所示，1为显示屏，显示视频数据；2为左右摄像头，获取眼部图像；3为耳机插口，插入耳机接收音频信号；4为光标，通过眼球运动操作光标。另外，头戴装置200的外观造型如一副时尚太阳镜，在镜片后加一空心厚层，用于容置各个模块。

头戴装置200还包括第一电源模块，该第一电源模块为各个模块提供电能。该第一电源模块采用小型的锂聚合物电池。头戴装置200内的各个模块力求做到体积小、功耗低和效率高。

如图4所示，指环控制器220包括手指运动检测器221和与手指运动检测器221相连的第二通信模块222。手指运动检测器221获取手部运动数据。本实施例中，手指运动检测器221包括一个微型三轴加速度传感器和微型三轴陀螺仪，分别采集手指运动加速度数据和手指运动姿态，然后将其通过第二通信模块222发送到第一通信模块204的蓝牙模块。头部装置200的微处理器模块203根据蓝牙模块接收的手指运动加速度数据、手指运动姿态及存储模块205中存储的叩手指动作识别算法，计算得出手指运动方向，再根据手指运动方向生成相应的控制指令，并将该控制指令通过第一通信模块204的远程无线通信模块发送到机器人10端。其中，第二通信模块222采用蓝牙模块。

在一个实施例中，指环控制器220还包括发热报警模块223，用于接收头部装置200发送的发热指令发出报警信号。发热报警模块223可以是一个发热线圈。在用户未佩戴眼镜和耳机的情况下，或在其他需要对用户进行提醒情况下，微处理器模块203发送发热指令，发热报警模块223接收发热指令，发出报警信号。本实施例中，指环控制器220还包括电源模块及第二电源控制开关。微处理器模块203还控制指环控制器220的电源控制开关的闭合与断开，控制第二电源模块是否供电。该第二电源模块采用纽扣式锂电池。另外，如图5所示，指环控制器220外形成时尚戒指形状，且设有加一空心厚层，将所有的模块设置在加厚层内。用户使用指环控制器220时，将其佩戴与手指上，用户的手指运动时，指环控制器220内部的手指运动检测器221检测手部运动数据，然后通过第二通信模块222将检测的手部运动数据发送到头戴装置200。当需要提醒用户时，发热报警模块223发出报警信号，并通过头戴装置200上的多媒体显示模块206显示出来。

如图5为上述机器人系统的应用示意图，11为机器人所看到的物体，机器人远程控制装置20的头戴装置200的多媒体显示模块显示出物体11，同时采集用户头部与眼部的运动数据生成对应的控制指令，指环控制器220采集用户手部运动数据并发送到头戴装置200，头戴装置200根据手部运动数据生成相应的控制指令，再通过3G网将头部、眼部和手部的控制指令发送到机器人10实现远程控制机器人10。机器人远程控制装置20可由用户带到户外，机器人10在家中。

上述机器人系统及机器人远程控制装置，将头戴装置制成眼镜架形状，采集头部和眼部运动数据并生成相应的控制指令，指环控制器采集手部运动数据生成相应的控制指令，眼镜架式头戴装置和戴于手指上的指环控制器，携带方便，便于用户操作控制机器人。

另外，采集远程无线通信模块与机器人进行通信，解决了距离上的限制，使用户能随时随地的控制家中的机器人；实现了根据眼球的运动控制操作系统显示界面上的光标；采用发热报警模块，发出报警信号便于提醒用户。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机器人远程控制装置，其特征在于，包括眼镜架式头戴装置和指环控制器，所述头戴装置采集用户头部运动数据和眼部运动数据且根据采集的头部运动数据与眼部运动数据生成相应的控制指令并发送，所述指环控制器采集用户手部运动数据并将采集的手部运动数据发送到所述头戴装置，所述头戴装置根据采集的手部运动数据生成相应的控制指令并发送；

所述头戴装置包括：

头部运动检测器，获取头部运动数据；

眼部运动检测器，获取眼部运动数据；

微处理器模块，根据获取的头部运动数据计算得到头部运动方向，根据获取眼部运动数据计算得到眼球运动方向，根据获取的手部运动数据计算得到手指运动方向，再根据头部运动方向、眼球运动方向及手指运动方向分别生成相应的控制指令；

第一通信模块，发送所述控制指令；

所述头部运动检测器为微型三轴陀螺仪，采集头部姿态变化；所述眼部运动检测器为两个微型摄像头，设置在眼镜架的镜片所在位置，按预定时间间隔采集眼部图像数据；

所述指环控制器包括手指运动检测器和与手指运动检测器相连的第二通信模块，所述手指运动检测器获取手部运动数据，并通过所述第二通信模块发送到所述头戴装置。

2.根据权利要求1所述的机器人远程控制装置，其特征在于，所述头戴装置还包括与所述微处理器模块和第一通信模块相连的用于显示操作系统界面的多媒体显示模块，所述第一通信模块还接收机器人端发送的所采集的数据信息，并通过所述多媒体显示模块输出。

3.根据权利要求2所述的机器人远程控制装置，其特征在于，所述多媒体显示模块包括两个微型显示器，所述两个微型显示器设置在眼镜架结构的镜片所在安装位置上。

4.根据权利要求2所述的机器人远程控制装置，其特征在于，所述头戴装置还包括音频输出接口，所述音频输出接口设于眼镜架的镜笔上。

5.根据权利要求1所述的机器人远程控制装置，其特征在于，所述头戴装置还包括存储模块，用于存储头部运动的识别算法、眼球运动方向和眨眼动作的识别算法及手指运动方向和叩手动作的识别算法，所述微处理器模块分别根据头部、眼部及手部的运动数据和相对应的识别算法生成相应的控制指令。

6.根据权利要求1所述的机器人远程控制装置，其特征在于，第一通信模块包括与所述指环控制器进行通信的蓝牙模块和与机器人端进行通信的远程无线通信模块。

7.根据权利要求1所述的机器人远程控制装置，其特征在于，所述指环控制器还包括发热报警模块，根据第二通信模块接收的头戴装置发送的发热指令发出报警信号。

8.根据权利要求1所述的机器人远程控制装置，其特征在于，所述指环控制器包括测量手指运动加速度数据的微型三轴加速度传感器和采集手指运动姿态的微型三轴陀螺仪。

9.根据权利要求2所述的机器人远程控制装置，其特征在于，所述微处理器模块还根据采集的眼部运动数据计算生成控制操作系统界面上的光标的控制指令。

10.一种机器人系统，包括采集数据信息并发送的机器人，其特征在于，还包括如权利要求1至9中任一项所述的机器人远程控制装置，所述机器人远程控制装置接收机器人采集的数据信息，并发送相应的控制指令到机器人，所述机器人根据所述控制指令执行相关的动作。