CN105150188A - 机器人动作控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人动作控制系统及方法，其中，系统包括可穿戴手套、第一角度检测装置、机械手及控制器，可穿戴手套包括手套手掌部及连接于手套手掌部且用于随人体手部动作而产生弯曲动作的手套手指部；第一角度检测装置设置于手套手指部上，用以检测手套手指部的各个指关节的弯曲角度；机械手包括机械手手掌部、连接于机械手手掌部的机械手手指部以及驱动机械手手指部动作的驱动机构；控制器与第一角度检测装置及驱动机构信号连接，用以根据第一角度检测装置检测的信号，控制驱动机构驱动机械手手指部弯曲对应的角度。本发明实现机械手模拟人体手部的各种动作，其可以模拟的动作多种多样，可以应用于执行动作复杂的场合。

Description

机器人动作控制系统及方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人动作控制系统及方法。

背景技术

机器人(Robot)是自动执行工作的机器设备，目前的大多数机器人，一般通过运行预先编排的程序执行各项动作，同时，目前的机械人一般只能执行的动作简单，例如机械手大多是简单的抓取动作等。也就是说，这种按照预定程序执行动作的机器人结构，只能完成简单的动作或执行简单的任务，而不能直接实时模拟人体的动作，因此，不能适用于动作复杂的场合。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提供一种机器人动作控制系统及方法，以实现模拟人体手部的各种动作。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供的机器人动作控制系统，包括：

可穿戴手套，所述可穿戴手套包括手套手掌部及连接于所述手套手掌部且用于随人体手部动作而产生弯曲动作的手套手指部；

第一角度检测装置，所述第一角度检测装置设置于所述手套手指部上，用以检测所述手套手指部的各个指关节的弯曲角度；

机械手，所述机械手包括机械手手掌部、连接于所述机械手手掌部的机械手手指部以及驱动所述机械手手指部动作的驱动机构；

控制器，所述控制器与所述第一角度检测装置及驱动机构信号连接，用以根据所述第一角度检测装置检测的信号，控制所述驱动机构驱动所述机械手手指部弯曲与所述手套手指部对应的角度。

优选地，还包括：

第二角度检测装置，所述第二角度检测装置设置于所述机械手手指部，用以检测所述机械手手指部的各个指关节的弯曲角度，以使所述机械手手指部的各个指关节的弯曲角度与所述手套手指部的各个指关节的弯曲角度相等时，通过所述控制器控制所述驱动机构停止。

优选地，所述手套手掌部和手套手指部分别设有用以与人体手部固定的固定件。

优选地，每个所述手套手指部包括：

手套指尖段；

手套中间段，所述手套中间段与所述手套指尖段通过第一枢接轴枢转连接；

手套指根段，所述手套指根段的一端与所述手套中间段通过第二枢接轴枢枢转连接，所述手套指根段的另一端与所述手套手掌部枢转连接或固定连接。

优选地，所述第一角度检测装置包括：

第一角度传感器，所述第一角度传感器安装于第一枢接轴上，所述第一枢接轴与所述手套指尖段固定；

第二角度传感器，所述第二角度传感器安装于所述第二枢接轴上，所述第二枢接轴与所述手套中间段固定。

优选地，所述机械手手指部包括：

机械手指尖段；

机械手中间段，所述机械手中间段与所述机械手指尖段通过第三枢接轴枢转连接；

机械手指根段，所述机械手中间段与所述机械手指根段通过第四枢接轴枢转连接。

优选地，所述驱动机构包括：

第一驱动机构，所述第一驱动机构包括安装于所述机械手中间段中的第一电机，与所述第一电机的输出轴连接的第一蜗杆及固定安装于所述第三枢接轴且与所述第一蜗杆啮合的第一蜗轮，所述第三枢接轴与所述机械手指尖段固定；

第二驱动机构，所述第二驱动机构包括安装于所述机械手指根段中的第二电机，与所述第二电机的输出轴连接的第二蜗杆及固定安装于所述第四枢接轴且与所述第二蜗杆啮合的第二蜗轮，所述第四枢接轴与所述机械手中间段固定。

优选地，所述第二角度检测装置包括：

第三角度传感器，所述机械手中间段上设有一可转动的第一联动轴，所述第一联动轴上固定连接一与所述第一蜗轮啮合的第一齿轮；所述第三角度传感器安装于所述第一联动轴的一端；

第四角度传感器，所述机械手指根段上设有一可转动的第二联动轴，所述第二联动轴上固定连接一与所述第二蜗轮啮合的第二齿轮；所述第四角度传感器安装于所述第二联动轴的一端。

优选地，所述机械手中间段包括第一底板及第一盖板，所述第一底板上设有第一凹槽，所述第一电机设置于所述第一凹槽内，所述第一盖板盖合于所述第一凹槽上；

所述机械手指根段包括第二底板及第二盖板，所述第二底板上设有第二凹槽，所述第二电机设置于所述第二凹槽内，所述第二盖板盖合于所述第二凹槽上。

另一方面，本发明提供的机器人动作控制方法，应用于所述的机器人动作控制系统，该方法包括：

将所述可穿戴手套穿戴于人体手部，通过人体手部动作使所述可穿戴手套产生对应的弯曲动作；

第一角度检测装置检测所述可穿戴手套的各个指关节的弯曲角度，并将该弯曲角度转化为电信号输入至控制器；

控制器根据所述第一角度检测装置输入的电信号，控制所述驱动机构驱动所述机械手手指部弯曲对应的角度。

根据本发明提供的机器人动作控制系统及方法，通过人体手部动作使所述可穿戴手套产生对应的弯曲动作，再通过第一角度检测装置检测可穿戴手套的各个指关节的弯曲角度，并将该弯曲角度转化为电信号输入至控制器，最后再通过控制器根据第一角度检测装置输入的电信号，控制驱动机构驱动机械手手指部弯曲对应的角度，如此，实现机械手模拟人体手部的各种动作，其可以模拟的动作多种多样，可以应用于执行动作复杂的场合。

附图说明

图1是本发明实施例机器人动作控制系统的整体结构示意图；

图2是本发明实施例机器人动作控制系统中可穿戴手套的立体图；

图3是本发明实施例机器人动作控制系统中可穿戴手套的俯视图；

图4是本发明实施例机器人动作控制系统中机械手正面的立体图；

图5是本发明实施例机器人动作控制系统中机械手反面的立体图；

图6是本发明实施例机器人动作控制系统中机械手手指部的立体图；

图7是本发明实施例机器人动作控制系统中机械手手指部的爆炸图；

图8是本发明实施例机器人动作控制方法的流程图。

附图标记：

可穿戴手套1；

手套手掌部10；

手套手指部11；

手套指尖段111；

手套中间段112；

手套指根段113；

第一枢接轴114；

第二枢接轴115；

机械手2；

机械手手掌部20；

机械手手指部21；

机械手指尖段211；

机械手中间段212；

机械手指根段213；

第三枢接轴214；

第四枢接轴215；

第一联动轴216；

第一齿轮217；

第二联动轴218；

第二齿轮219；

驱动机构22；

第一驱动机构221；

第一电机2211；

第一蜗杆2212；

第一蜗轮2213

第二驱动机构222；

第二电机2221；

第二蜗杆2222；

第二蜗轮2223；

第一角度检测装置3；

第一角度传感器31；

第二角度传感器32；

控制器4；

第二角度检测装置5；

第三角度传感器51；

第四角度传感器52。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语″中心″、″纵向″、″横向″、″长度″、″宽度″、″厚度″、″上″、″下″、″前″、″后″、″左″、″右″、″竖直″、″水平″、″顶″、″底″″内″、″外″、″顺时针″、″逆时针″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语″第一″、″第二″仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有″第一″、″第二″的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，″多个″的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″、″固定″等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1所示，本发明实施例提供了一种机器人动作控制系统，包括可穿戴手套1、第一角度检测装置3、机械手2及控制器4。

具体的，可穿戴手套1包括手套手掌部10及连接于手套手掌部10且用于随人体手部动作而产生弯曲动作的手套手指部11。也就是说，该可穿戴手套1可以穿戴在操作人员的手上，当操作人员的手作出各种动作时，手套手指部11的各个指关节对应弯曲。可以理解的是，手套手指部11可以设置多个，例如图2、3所示，手套手指部11为五个，和人体手部手指一一对应。第一角度检测装置3设置于手套手指部11上，用以检测手套手指部11的各个指关节的弯曲角度。

机械手2包括机械手手掌部20、连接于机械手手掌部20的机械手手指部21以及驱动机械手手指部21动作的驱动机构22。可以理解的是，机械手手指部21可以设置多个，例如图4、5所示，机械手手指部21为五个，和手套手指部11一一对应。控制器4与第一角度检测装置3及驱动机构22信号连接，用以根据第一角度检测装置3检测的信号，控制驱动机构22驱动机械手手指部21弯曲与所述手套手指部11对应的角度。

根据本发明实施例提供的机器人动作控制系统，通过人体手部动作使可穿戴手套1产生对应的弯曲动作，再通过第一角度检测装置3检测可穿戴手套1的各个指关节的弯曲角度，并将该弯曲角度转化为电信号输入至控制器4，最后再通过控制器4根据第一角度检测装置3输入的电信号，控制驱动机构22驱动机械手手指部21弯曲对应的角度，如此，实现机械手2模拟人体手部的各种动作，其可以模拟的动作多种多样，可以应用于执行动作复杂的场合。

在本发明的一个优选实施例中，还包括第二角度检测装置5，该第二角度检测装置5设置于机械手手指部21，用以检测机械手手指部21的各个指关节的弯曲角度，以使机械手手指部21的各个指关节的弯曲角度与手套手指部11的各个指关节的弯曲角度相等时，通过控制器4控制驱动机构22停止。也就是说，当机械手手指部21的各个指关节弯曲至与手套手指部11的弯曲程度相同，则此时控制器4控制驱动机构22停止，机械手手指部21的动作即可与手套手指部11保持同步状态。

更为有利的，在本发明的一个示例中，手套手掌部10和手套手指部11分别设有用以与人体手部固定的固定件(未示出)。该固定件例如可以是魔术贴、绑带等，如此，方便于操作者将可穿戴手套1固定在手上。

参照图2及图3所示，更为具体的，在本发明的一个实施例中，每个所述手套手指部11包括手套指尖段111、手套中间段112及手套指根段113。其中，手套中间段112与手套指尖段111通过第一枢接轴114枢转连接，手套指根段113的一端与手套中间段112通过第二枢接轴115枢枢转连接，手套指根段113的另一端与手套手掌部10枢转连接或固定连接。如此，手套指尖段111、手套中间段112及手套指根段113彼此之间即可形成指关节，手套指尖段111、手套中间段112可以随操作人员手部动作而弯曲产生各个动作。

可以理解的是，如图2所示，手套指根段113的另一端与手套手掌部10是固定连接的。当然也可以是枢转连接，也就是说，当手套指根段113的另一端与手套手掌部10枢转连接时，手套指根段113也可以随操作者手部动作而作出转动弯曲动作。

在本发明的一个实施例中，第一角度检测装置3包括第一角度传感器31、第二角度传感器32，其中，第一角度传感器31安装于第一枢接轴114上，第一枢接轴114与手套指尖段111固定；第二角度传感器32安装于第二枢接轴115上，第二枢接轴115与手套中间段112固定。如此，当手套指尖段111随操作者手部动作而弯曲时，第一枢接轴114随手套指尖段111转动，进而带动第一角度传感器31同步转动，由此，第一角度传感器31即可检测手套指尖段111的弯曲角度。同理，当手套中间段112随操作者手部动作而弯曲时，第二枢接轴115随手套中间段112转动，进而带动第二角度传感器32同步转动，由此，第二角度传感器32即可检测手套中间段112的弯曲角度。

可以理解的是，当手套指根段113的另一端与手套手掌部10采用枢转连接方式时，可以在手套指根部设置一个角度传感器，以检测手套指根段113的弯曲角度，其结构及原理与第一角度传感器31、第二角度传感器32相同。

参照图4至图7所示，具体的，在本发明的实施例中，机械手手指部21包括机械手指尖段211、机械手中间段212及机械手指根段213，其中，机械手中间段212与机械手指尖段211通过第三枢接轴214枢转连接，机械手中间段212与机械手指根段213通过第四枢接轴215枢转连接。如此，机械手指尖段211、机械手中间段212及机械手指根段213彼此之间即可形成指关节，机械手指尖段211、机械手中间段212可以在控制器4的控制下弯曲以产生各个动作。

需要说明的是，由于机械手2是模拟可穿戴手套1的动作的，因此，机械手2的指关节与可穿戴手套1的指关节是一一对应的。

参照4至图7，所示，在本发明的一个具体实施例中，驱动机构22包括第一驱动机构221及第二驱动机构222。其中，第一驱动机构221包括安装于机械手中间段212中的第一电机2211，与所述第一电机2211的输出轴连接的第一蜗杆2212及固定安装于所述第三枢接轴214且与所述第一蜗杆2212啮合的第一蜗轮2213，所述第三枢接轴214与所述机械手指尖段211固定。当第一电机2211收到控制器4的控制信号后启动，第一电机2211的输出轴带动第一蜗杆2212旋转，第一蜗杆2212进一步带动第一蜗轮2213旋转，第一蜗轮2213与第三枢接轴214之间，第三枢接轴214与机械手指尖段211之间均是固定的，所以第一蜗轮2213带动第三枢接轴214转动，机械手指尖段211则随着第三枢接轴214的转动而弯曲。

第二驱动机构222包括安装于机械手指根段213中的第二电机2221，与第二电机2221的输出轴连接的第二蜗杆2222及固定安装于第四枢接轴215且与第二蜗杆2222啮合的第二蜗轮2223，第四枢接轴215与机械手中间段212固定。当第二电机2221收到控制器4的控制信号后启动，第二电机2221的输出轴带动第二蜗杆2222旋转，第二蜗杆2222进一步带动第二蜗轮2223旋转，第二蜗轮2223与第四枢接轴215之间，第四枢接轴215与机械手中间段212之间均是固定的，所以第二蜗轮2223带动第四枢接轴215转动，机械手中间段212则随着第四枢接轴215的转动而弯曲。

在本发明的一个具体实施例中，第二角度检测装置5包括第三角度传感器51及第四角度传感器52。机械手中间段212上设有一可转动的第一联动轴216，第一联动轴216上固定连接一与第一蜗轮2213啮合的第一齿轮217；第三角度传感器51安装于第一联动轴216的一端。也就是说，第一联动轴216可以与第一齿轮217同步转动，在第一电机2211驱动第一蜗轮2213、第三枢接轴214及机械手指尖段211转动同时，由于第一齿轮217与第一蜗轮2213啮合，所以第一蜗轮2213带动第一齿轮217转动，第一齿轮217进一步带动第一联动轴216同步转动。又由于第三角度传感器51固定在第一联动轴216上，所以第三角度传感器51则随第一联动轴216旋转，如此，即可通过第三角度传感器51检测机械手指尖段211的弯曲角度。

机械手指根段213上设有一可转动的第二联动轴218，第二联动轴218上固定连接一与第二蜗轮2223啮合的第二齿轮219；第四角度传感器52安装于第二联动轴218的一端。也就是说，第二联动轴218可以与第二齿轮219同步转动，在第二电机2221驱动第二蜗轮2223、第四枢接轴215及机械手中间段212转动同时，由于第二齿轮219与第二蜗轮2223啮合，所以第二蜗轮2223带动第二齿轮219转动，第二齿轮219进一步带动第二联动轴218同步转动。又由于第四角度传感器52固定在第二联动轴218上，所以第四角度传感器52则随第二联动轴218旋转，如此，即可通过第四角度传感器52检测机械手中间段212的弯曲角度。

有利地，在本发明的一个示例中，机械手中间段212包括第一底板及第一盖板，第一底板上设有第一凹槽，第一电机2211设置于所述第一凹槽内，第一盖板盖合于第一凹槽上。机械手指根段213包括第二底板及第二盖板，第二底板上设有第二凹槽，第二电机2221设置于所述第二凹槽内，第二盖板盖合于第二凹槽上。如此，其结构更加简单紧凑，安装拆卸也更急方便。

参照图8所示，本发明实施例还提供了一种机器人动作控制方法，应用于上述实施例所述的机器人动作控制系统，该方法包括：

S100、将所述可穿戴手套1穿戴于人体手部，通过人体手部动作使所述可穿戴手套1产生对应的弯曲动作；

S101、第一角度检测装置3检测所述可穿戴手套1的各个指关节的弯曲角度，并将该弯曲角度转化为电信号输入至控制器4；

S102、控制器4根据所述第一角度检测装置3输入的电信号，控制所述驱动机构22驱动所述机械手手指部21弯曲对应的角度。

更为有利的，本发明的机器人动作控制方法还可以包括：

S103、第二角度检测装置5检测机械手手指部21的各个指关节的弯曲角度。

S104、当机械手手指部21的各个指关节的弯曲角度与手套手指部11的各个指关节的弯曲角度相等时，通过控制器4控制驱动机构22停止。

综上所述，根据本发明提供的机器人动作控制系统及方法，通过人体手部动作使所述可穿戴手套1产生对应的弯曲动作，在通过第一角度检测装置3检测可穿戴手套1的各个指关节的弯曲角度，并将该弯曲角度转化为电信号输入至控制器4，最后再通过控制器4根据第一角度检测装置3输入的电信号，控制驱动机构22驱动机械手手指部21弯曲对应的角度，如此，实现机械手2模拟人体手部的各种动作，其可以模拟的动作多种多样，可以应用于执行动作复杂的场合。

在本说明书的描述中，参考术语″一个实施例″、″一些实施例″、″示例″、″具体示例″、或″一些示例″等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种机器人动作控制系统，其特征在于，包括：

可穿戴手套，所述可穿戴手套包括手套手掌部及连接于所述手套手掌部且用于随人体手部动作而产生弯曲动作的手套手指部；

第一角度检测装置，所述第一角度检测装置设置于所述手套手指部上，用以检测所述手套手指部的各个指关节的弯曲角度；

机械手，所述机械手包括机械手手掌部、连接于所述机械手手掌部的机械手手指部以及驱动所述机械手手指部动作的驱动机构；

控制器，所述控制器与所述第一角度检测装置及驱动机构信号连接，用以根据所述第一角度检测装置检测的信号，控制所述驱动机构驱动所述机械手手指部弯曲与所述手套手指部对应的角度。

2.根据权利要求1所述的机器人动作控制系统，其特征在于，还包括：

第二角度检测装置，所述第二角度检测装置设置于所述机械手手指部，用以检测所述机械手手指部的各个指关节的弯曲角度，以使所述机械手手指部的各个指关节的弯曲角度与所述手套手指部的各个指关节的弯曲角度相等时，通过所述控制器控制所述驱动机构停止。

3.根据权利要去1所述的机器人动作控制系统，其特征在于，所述手套手掌部和手套手指部分别设有用以与人体手部固定的固定件。

4.根据权利要求1所述的机器人动作控制系统，其特征在于，每个所述手套手指部包括：

手套指尖段；

手套中间段，所述手套中间段与所述手套指尖段通过第一枢接轴枢转连接；

手套指根段，所述手套指根段的一端与所述手套中间段通过第二枢接轴枢枢转连接，所述手套指根段的另一端与所述手套手掌部枢转连接或固定连接。

5.根据权利要求4所述的机器人动作控制系统，其特征在于，所述第一角度检测装置包括：

第一角度传感器，所述第一角度传感器安装于第一枢接轴上，所述第一枢接轴与所述手套指尖段固定；

第二角度传感器，所述第二角度传感器安装于所述第二枢接轴上，所述第二枢接轴与所述手套中间段固定。

6.根据权利要求2所述的机器人动作控制系统，其特征在于，所述机械手手指部包括：

机械手指尖段；

机械手中间段，所述机械手中间段与所述机械手指尖段通过第三枢接轴枢转连接；

机械手指根段，所述机械手中间段与所述机械手指根段通过第四枢接轴枢转连接。

7.根据权利要求6所述的机器人动作控制系统，其特征在于，所述驱动机构包括：

第一驱动机构，所述第一驱动机构包括安装于所述机械手中间段中的第一电机，与所述第一电机的输出轴连接的第一蜗杆及固定安装于所述第三枢接轴且与所述第一蜗杆啮合的第一蜗轮，所述第三枢接轴与所述机械手指尖段固定；

第二驱动机构，所述第二驱动机构包括安装于所述机械手指根段中的第二电机，与所述第二电机的输出轴连接的第二蜗杆及固定安装于所述第四枢接轴且与所述第二蜗杆啮合的第二蜗轮，所述第四枢接轴与所述机械手中间段固定。

8.根据权利要求6所述的机器人动作控制系统，其特征在于，所述第二角度检测装置包括：

第三角度传感器，所述机械手中间段上设有一可转动的第一联动轴，所述第一联动轴上固定连接一与所述第一蜗轮啮合的第一齿轮；所述第三角度传感器安装于所述第一联动轴的一端；

第四角度传感器，所述机械手指根段上设有一可转动的第二联动轴，所述第二联动轴上固定连接一与所述第二蜗轮啮合的第二齿轮；所述第四角度传感器安装于所述第二联动轴的一端。

9.根据权利要求6所述的机器人动作控制系统，其特征在于，所述机械手中间段包括第一底板及第一盖板，所述第一底板上设有第一凹槽，所述第一电机设置于所述第一凹槽内，所述第一盖板盖合于所述第一凹槽上；

所述机械手指根段包括第二底板及第二盖板，所述第二底板上设有第二凹槽，所述第二电机设置于所述第二凹槽内，所述第二盖板盖合于所述第二凹槽上。

10.一种机器人动作控制方法，应用于所述权利要求1至9中任一项所述的机器人动作控制系统，其特征在于，该方法包括：

将所述可穿戴手套穿戴于人体手部，通过人体手部动作使所述可穿戴手套产生对应的弯曲动作；

第一角度检测装置检测所述可穿戴手套的各个指关节的弯曲角度，并将该弯曲角度转化为电信号输入至控制器；

控制器根据所述第一角度检测装置输入的电信号，控制所述驱动机构驱动所述机械手手指部弯曲对应的角度。