CN104669272B - 机器人 - Google Patents
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Abstract
一种机器人，所述机器人包括若干手臂和旋转关节，手臂之间通过旋转关节连接而成，具有多个自由度；机器人控制系统包括动作轨迹录入系统和动作轨迹回放系统，所述动作轨迹录入系统包括作为旋转关节的步进电机、用于监测步进电机旋转的编码器和MCU微处理器，所述编码器将步进电机电机的单位时间的旋转位移记录在MCU微处理器中；所述动作轨迹回放系统包括所述步进电机、驱动器和MCU微处理器，MCU微处理器通过重新调取录入的动作轨迹信息，通过驱动器驱动步进电机。本发明的机器人动作轨迹录入系统简单。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术，尤其是机器人的动作轨迹录入及回放系统。
背景技术
机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。机器人的动作由执行机构完成，机器人的执行机构通过预先编排好的程序进行运动，也就是说，机器人的运动轨迹完全受限于其运动程序的编排。目前对于机器人运动轨迹的录入是依靠专业的程序员对机器人进行编写程序而成的，动作越复杂的机器人，所编排的程序也就越复杂，这种机器人的使用必须有专业的程序员才能使用，这样一来限制了机器人的普及。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种机器人，机器人动作轨迹的录入方式方便，有助于机器人的普及使用。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案之一是：一种机器人，
机器人的动作轨迹录入方法包括以下步骤：
（1）以步进电机作为机器人的旋转关节的主要动力元件，并驱动机器人旋转关节在360度内旋转运动；
（2）利用编码器获取步进电机的旋转动作数码信号，并将单位时间内步进电机的旋转位移数码信号串记录在MCU微处理器中，以完成机器人每个旋转关节的相对动作及动作快慢的录入；
机器人的动作轨迹回放方法包括以下步骤：
（1）MCU微处理器调取录入的各个旋转关节的旋转位移记录数码信号，并通过驱动器驱动步进电机，使各个旋转关节的步进电机以录入时的运动轨迹和速度进行旋转，以达到机器人动作回放的目的；
（2）编码器实时监测步进电机点击的旋转速度并反馈到MCU微处理器作为比对，MCU微处理器以编码器之前录入的信息作为依据对步进电机电机的旋转速度进行矫正。
本发明的机器人动作轨迹录入系统简单，通过编码器将旋转关节的动作以时间轴方式进行记录，时间轴上单位时间作为旋转关节的一个运动帧，每一帧实际上包含了步进电机的运动位移和运动快慢。外力拖动机器人按照既定的轨迹运动，机器人在运动过程中，各个旋转关节的步进电机的位移和快慢都会被编码器完全记录下来作为机器人动作轨迹的录入方式。当需要对机器人录入的信息进行回放时，只需重新将存储的旋转关节对应的时间轴的每一个帧依次播放即可。
作为改进，不同的机器人通过内网或互联网组建成中央程式管理系统，每个机器人的MCU微处理器有自己唯一的ID，不同的机器人通过互联网数据库进行信息共享。
作为改进，中央程式管理系统中的机器人组成”主仆关系”，主系统的机器人将录入的动作轨迹输出至各个仆系统的机器人，以矫正各个仆系统的机器人的运动轨迹。机器人的中央程式管理系统以及主仆关系能够实现远程机器人的协助、维修、诊断。机器人之间可以相互影响、改变相互运动轨迹，使之相互协助完成复杂的工作。
作为改进，机器人的MCU微处理器与控制面板连接，通过控制面板实现机器人每个旋转关节的步进、倒行、停止及清零，以实现机器人动作轨迹的微调。机器人在动作轨迹录入的时候难免会出现偏差，机器人在需要完成精细工作的时候，就需要对机器人动作轨迹的精细度作要求，可以通过对机器人各个旋转关节作微调来实现机器人整个动作的协调和流畅。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案之二是：一种机器人，所述机器人包括若干手臂和旋转关节，手臂之间通过旋转关节连接而成，具有多个自由度；机器人控制系统包括动作轨迹录入系统和动作轨迹回放系统， 所述动作轨迹录入系统包括作为旋转关节的步进电机、用于监测步进电机旋转的编码器和MCU微处理器，所述编码器将步进电机电机的单位时间的旋转位移数码信号串记录在MCU微处理器中；所述动作轨迹回放系统包括所述步进电机、驱动器和MCU微处理器，MCU微处理器通过重新调取录入的动作轨迹信息，通过驱动器驱动步进电机。本发明的机器人动作轨迹录入系统简单，通过编码器将旋转关节的动作以时间轴方式进行记录，时间轴上单位时间作为旋转关节的一个运动帧，每一帧实际上包含了步进电机的运动位移和运动快慢。外力拖动机器人按照既定的轨迹运动，机器人在运动过程中，各个旋转关节的步进电机的位移和快慢都会被编码器完全记录下来作为机器人动作轨迹的录入方式。当需要对机器人录入的信息进行回放时，只需重新将存储的旋转关节对应的时间轴的每一个帧依次播放即可。
作为改进，机器人控制系统还包括动作轨迹矫正系统，其包括作为步进电机旋转信息反馈的编码器、与编码器连接的MCU微处理器和用于驱动步进电机的驱动器。
作为改进，不同的机器人通过内网或互联网组建成中央程式管理系统，每个机器人的MCU微处理器有自己唯一的ID，不同的机器人通过互联网数据库进行信息共享。
作为改进，机器人的MCU微处理器与控制面板连接，控制面板上设有用于控制步进电机运动状态的微调模块。
作为改进，所述机器人的MCU微处理器与外部设备对接的扩展接口。机器人可以与液晶显示器、外置存储器、闪存记忆器、蓝牙设备的、wifi设备等连接，以扩展机器人的功能。
作为改进，所述机器人包括4~8个旋转关节，使机器人能够顺畅完成动作任务。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
与传统复杂的编程作为机器人动作轨迹录入的方式相比，本发明的机器人动作轨迹录入方式更简单，通过编码器将旋转关节的动作以时间轴方式进行记录，时间轴上单位时间作为旋转关节的一个运动帧，每一帧实际上包含了步进电机的运动位移和运动快慢。外力拖动机器人按照既定的轨迹运动，机器人在运动过程中，各个旋转关节的步进电机的位移和快慢都会被编码器完全记录下来作为机器人动作轨迹的录入方式。当需要对机器人录入的信息进行回放时，只需重新将存储的旋转关节对应的时间轴的每一个帧依次播放即可。
附图说明
图1为机器人动作轨迹录入/回放系统。
图2为机器人硬件框架图。
图3为不同机器人通过互联网实现数据共享图。
图4为机器人主仆系统关系图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
一种机器人，包括若干手臂和4~8个旋转关节，手臂之间通过旋转关节连接而成，具有多个自由度。本发明机器人体积小，可用于工业生产、家庭作业、教育事业等。
机器人控制系统包括动作轨迹录入系统、动作轨迹回放系统和动作轨迹矫正系统。
如图1所示，所述动作轨迹录入系统包括作为旋转关节的步进电机、用于监测步进电机旋转的编码器和MCU微处理器；以步进电机作为机器人的旋转关节，驱动机器人旋转关节在360度内旋转运动，步进电机输出轴的一端通过齿轮带动手臂选择，另一端与编码器连接，其结构简单，同时担任旋转位移数码信号输入单元和旋转动作扭力输出单元；所述编码器将步进电机电机的单位时间的旋转位移数码信号串记录在MCU微处理器中，以完成机器人每个旋转关节的相对动作及动作快慢的录入。
如图1所示，所述动作轨迹回放系统包括所述步进电机、驱动器和MCU微处理器，MCU微处理器通过重新调取录入的动作轨迹信息，通过驱动器驱动步进电机。
如图1所示，所述动作轨迹矫正系统，其包括作为步进电机旋转信息反馈的编码器、与编码器连接的MCU微处理器和用于驱动步进电机的驱动器。机器人在动作轨迹回放时，编码器实时监测步进电机的旋转速度，若出现偏差，MCU微处理器通过驱动器矫正对应的步进电机的旋转速度，以获得与录入时的速度一致。
机器人的MCU微处理器与控制面板连接，通过控制面板实现机器人每个旋转关节的步进、倒行、停止及清零，以实现机器人动作轨迹的微调。机器人在动作轨迹录入的时候难免会出现偏差，机器人在需要完成精细工作的时候，就需要对机器人动作轨迹的精细度作要求，可以通过对机器人各个旋转关节作微调来实现机器人整个动作的协调和流畅。
如图3、4所示，不同的机器人通过内网或互联网组建成中央程式管理系统，每个机器人的MCU微处理器有自己唯一的ID，不同的机器人通过互联网数据库进行信息共享。中央程式管理系统中的机器人组成主仆关系，主系统的机器人将录入的动作轨迹输出至各个仆系统的机器人，以矫正各个仆系统的机器人的运动轨迹。机器人的中央程式管理系统以及主仆关系能够实现远程机器人的协助、维修、诊断。机器人之间可以相互影响、改变相互运动轨迹，使之相互协助完成复杂的工作。
如图2所示，所述机器人的MCU微处理器与外部设备对接的扩展接口。机器人可以与液晶显示器、外置存储器、闪存记忆器、蓝牙设备的、wifi设备等连接，以扩展机器人的功能。
本发明的机器人动作轨迹录入系统简单，通过编码器将旋转关节的动作以时间轴方式进行记录，时间轴上单位时间作为旋转关节的一个运动帧，每一帧实际上包含了步进电机的运动位移和运动快慢。外力拖动机器人按照既定的轨迹运动，机器人在运动过程中，各个旋转关节的步进电机的位移和快慢都会被编码器完全记录下来作为机器人动作轨迹的录入方式。当需要对机器人录入的信息进行回放时，只需重新将存储的旋转关节对应的时间轴的每一个帧依次播放即可。
Claims (10)
1.一种机器人，其特征在于：
机器人的动作轨迹录入方法包括以下步骤：
（1）以步进电机作为机器人的旋转关节，并驱动机器人旋转关节在360度内旋转运动；
（2）利用编码器获取步进电机的旋转动作，并将单位时间内步进电机的旋转位移数码信号串记录在MCU微处理器中，以完成机器人每个旋转关节的相对动作及动作快慢的录入；时间轴上单位时间作为旋转关节的一个运动帧，每一运动帧包含了步进电机的运动位移和运动快慢；
机器人的动作轨迹回放方法包括以下步骤：
（1）MCU微处理器调取录入的各个旋转关节的旋转位移记录数码信号，并通过驱动器驱动步进电机，使各个旋转关节的步进电机以录入时的运动轨迹和速度进行旋转，以达到机器人动作回放的目的；旋转关节对应的时间轴的每一个帧依次播放；
（2）编码器实时监测步进电机的旋转速度并反馈到MCU微处理器作为比对，MUC微处理器以编码器之前录入的信息作为依据对步进电机的旋转速度进行矫正。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：不同的机器人通过内网或互联网组建成中央程式管理系统，每个机器人的MCU微处理器有自己唯一的ID，不同的机器人通过互联网数据库进行信息共享。
3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于：中央程式管理系统中的机器人组成主仆关系，主系统的机器人将录入的动作轨迹输出至各个仆系统的机器人，以矫正各个仆系统的机器人的运动轨迹。
4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：机器人的MCU微处理器与控制面板连接，通过控制面板实现机器人每个旋转关节的步进、倒行、停止及清零，以实现机器人动作轨迹的微调。
5.一种机器人，所述机器人包括若干手臂和旋转关节，手臂之间通过旋转关节连接而成，具有多个自由度；机器人控制系统包括动作轨迹录入系统和动作轨迹回放系统，其特征在于：
所述动作轨迹录入系统包括作为旋转关节的步进电机、用于监测步进电机旋转的编码器和MCU微处理器，所述编码器将步进电机的单位时间的旋转位移数码信号串记录在MCU微处理器中；时间轴上单位时间作为旋转关节的一个运动帧，每一运动帧包含了步进电机的运动位移和运动快慢；
所述动作轨迹回放系统包括所述步进电机、驱动器和MCU微处理器，MCU微处理器通过重新调取录入的动作轨迹信息，通过驱动器驱动步进电机；旋转关节对应的时间轴的每一个帧依次播放。
6.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于：机器人控制系统还包括动作轨迹矫正系统，其包括作为步进电机旋转信息反馈的编码器、与编码器连接的MCU微处理器和用于驱动步进电机的驱动器。
7.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于：不同的机器人通过内网或互联网组建成中央程式管理系统，每个机器人的MCU微处理器有自己唯一的ID，不同的机器人通过互联网数据库进行信息共享。
8.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于：机器人的MCU微处理器与控制面板连接，控制面板上设有用于控制步进电机运动状态的微调模块。
9.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于：所述机器人的MCU微处理器与外部设备对接的扩展接口。
10.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于：所述机器人包括4~8个旋转关节。
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