CN105549595A - 基于智能移动终端的机器人控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种基于智能移动终端的机器人控制系统包括机器人本体和移动终端，机器人本体包括嵌入式控制器、第一无线通讯模块、电机控制模块、摄像头、电机驱动电路、电机、陀螺仪和加速度传感器，本发明还涉及采用基于智能移动终端的机器人控制系统进行控制的方法，本发明使用现有的移动终端代替了复杂的专用控制平台，不仅操作简单方便，而且大大的降低了成本；结构简单，紧凑，适应微型化的要求；本发明通过综合考虑通讯成本和通讯质量，有效的扩大了机器人和移动终端的有效距离，有效的促进了机器人的使用和推广。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种基于智能移动终端的机器人控制系统及控制方法。
背景技术
目前的特种机器人控制器主要采用专用的控制平台，开发成本高，同时用户的采购成本也很高，并且同时只有一个操作员可以监控机器人，使用不方便。
传统遥控机器人通讯距离短，易被障碍物阻断，同时容易发生同频干扰等缺陷，不能及时将机器人采集到的视频和机器人本身的运动情况实时的进行反馈，大大的限制了机器人的使用和推广。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种成本低、可以控制机器人运动，并且可以随时随地监控机器人运行状况的基于智能移动终端的机器人控制系统及控制方法。
实现本发明目的的技术方案是：基于智能移动终端的机器人控制系统，包括机器人本体和移动终端，机器人本体包括嵌入式控制器、第一无线通讯模块、电机控制模块、摄像头、电机驱动电路、电机、陀螺仪和加速度传感器，嵌入式控制器分别与第一无线通讯模块、电机控制模块、摄像头、陀螺仪和加速度传感器相连接，电机驱动电路与电机控制模块相连接，电机与电机驱动电路相连接，移动终端包括触摸屏和第二无线通讯模块，移动终端将控制指令通过第一无线通讯模块发送给嵌入式控制器，嵌入式控制器将控制指令分发给电机控制模块，电机控制模块控制电机驱动电路驱动电机执行相应的动作，电机控制模块周期性的将电机的执行结果反馈给嵌入式控制器，嵌入式控制器将执行结果通过第一无线通讯模块传输给第二无线通讯模块，第二无线通讯模块将执行结果显示在触摸屏上，摄像头将机器人采集的视频传输给嵌入式控制器，移动终端通过第二无线通讯模块与第一无线通讯模块的通讯来访问嵌入式控制器并将机器人采集的视频在触摸屏上进行显示，陀螺仪将机器人运动过程中的角速度传输给嵌入式控制器，加速度传感器将机器人运动过程中的加速度传输给嵌入式控制器，嵌入式控制器对机器人运动过程中的角速度和加速度进行分析处理得到机器人的运动姿态，嵌入式控制器通过第一无线通讯模块与第二无线通讯模块的通讯将机器人的运动姿态显示在触摸屏上。
作为本发明的优化方案，电机控制模块周期性的检测电机的运行状态，并将电机的运行状态传输给嵌入式控制器，嵌入式控制器通过第一无线通讯模块与第二无线通讯模块的通讯将电机的运行状态显示在触摸屏上。
作为本发明的优化方案，电机控制模块还连接有照明设备。
作为本发明的优化方案，移动终端上还安装有机器人控制模块，机器人控制模块包括虚拟摇杆、虚拟开关、电机调速模块、照明开关和照明亮度调节模块，虚拟开关用于使能虚拟摇杆，虚拟摇杆用于发送操控机器人前进后退转弯的操作命令，机器人前进后退转弯的操作命令由第二无线通讯模块发送给嵌入式控制器，嵌入式控制器将机器人前进后退转弯的操作命令发送给电机控制模块，电机控制模块控制电机驱动电路驱动电机执行相应的动作；电机调速模块用于进行电机的调速，照明开关用于照明设备的开关，照明亮度调节模块用于照明设备的亮度的调节。
作为本发明的优化方案，移动终端上还安装有第三无线通讯模块或第一有线通讯模块。
作为本发明的优化方案，基于智能移动终端的机器人控制系统还包括用于发送操控机器人命令的摇杆控制设备或者按钮控制设备，摇杆控制设备或者按钮控制设备通过第四无线通讯模块与第三无线通讯模块的通讯将操控机器人的命令发送给移动终端。
作为本发明的优化方案，摇杆控制设备或者按钮控制设备通过第二有线通讯模块与第一有线通讯模块的通讯将操控机器人的命令发送给移动终端。
实现本发明目的的技术方案是：一种采用基于智能移动终端的机器人控制系统进行控制的方法，包括如下步骤：
1)移动终端连接需要控制的机器人；
2)移动终端将控制指令通过第二无线通讯模块发送给嵌入式控制器，同时移动终端启动计时器；
3)嵌入式控制器将控制指令发送给电机控制模块，电机控制模块控制电机驱动电路驱动电机执行相应的动作；
4)若步骤2)中的计时器未超时，移动终端将控制指令通过第一无线通讯模块发送给嵌入式控制器，嵌入式控制器将控制指令分发给电机控制模块，电机控制模块控制电机驱动电路驱动电机执行相应的动作，电机控制模块周期性的将电机的执行结果反馈给嵌入式控制器，嵌入式控制器将执行结果通过第一无线通讯模块传输给第二无线通讯模块，第二无线通讯模块将执行结果显示在触摸屏上；
5)若步骤2)中的计时器超时，移动终端重新发送控制指令。
作为本发明的优化方案，控制指令包括控制机器人前进的指令、机器人后退的指令、机器人转弯的指令和控制电机运行速度的指令。
本发明具有积极的效果：1)本发明使用现有的移动终端代替了复杂的专用控制平台，不仅操作简单方便，而且大大的降低了成本；
2)本发明的控制系统结构简单，紧凑，适应微型化的要求；
3)本发明在满足通讯质量的前提下，对局域网和运营商网络进行切换使用，通过综合考虑通讯成本和通讯质量，有效的扩大了机器人和移动终端的有效距离；
4)本发明不仅能控制机器人运动，同时可以将机器人采集的视频、机器人的状态和传感器数据实时反馈到移动终端上，有效的促进了机器人的使用和推广。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明的结构框图；
图2是机器人控制模块的内部结构图；
图3是采用基于智能移动终端的机器人控制系统进行控制的方法的流程图；
图4是移动终端连接需要控制的机器人的流程图；
图5是移动终端发送控制机器人的操作命令的流程图；
图6是移动终端接收数据包的处理流程图。
其中，1、机器人本体，2、移动终端，11、嵌入式控制器，12、第一无线通讯模块，13、电机控制模块，14、摄像头，15、电机驱动电路，16、电机，17、陀螺仪，18、加速度传感器，19、照明设备，21、触摸屏，22、第二无线通讯模块，23、机器人控制模块，24、第三无线通讯模块，25、第一有线通讯模块，231、虚拟摇杆，232、虚拟开关，233、电机调速模块，234、照明开关，235、照明亮度调节模块。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了基于智能移动终端的机器人控制系统，包括机器人本体1和移动终端2，机器人本体1包括嵌入式控制器11、第一无线通讯模块12、电机控制模块13、摄像头14、电机驱动电路15、电机16、陀螺仪17和加速度传感器18，嵌入式控制器11分别与第一无线通讯模块12、电机控制模块13、摄像头14、陀螺仪17和加速度传感器18相连接，电机驱动电路15与电机控制模块13相连接，电机16与电机驱动电路15相连接，移动终端2包括触摸屏21和第二无线通讯模块22，移动终端2将控制指令通过第一无线通讯模块12发送给嵌入式控制器11，嵌入式控制器11将控制指令分发给电机控制模块13，电机控制模块13控制电机驱动电路15驱动电机16执行相应的动作，电机控制模块13周期性的将电机16的执行结果反馈给嵌入式控制器11，嵌入式控制器11将执行结果通过第一无线通讯模块12传输给第二无线通讯模块22，第二无线通讯模块22将执行结果显示在触摸屏21上，摄像头14将机器人采集的视频传输给嵌入式控制器11，移动终端2通过第二无线通讯模块22与第一无线通讯模块12的通讯来访问嵌入式控制器11并将机器人采集的视频在触摸屏21上进行显示，陀螺仪17将机器人运动过程中的角速度传输给嵌入式控制器11，加速度传感器18将机器人运动过程中的加速度传输给嵌入式控制器11，嵌入式控制器11对机器人运动过程中的角速度和加速度进行分析处理得到机器人的运动姿态，嵌入式控制器11通过第一无线通讯模块12与第二无线通讯模块22的通讯将机器人的运动姿态显示在触摸屏21上。其中，移动终端2可以是平板电脑、笔记本或者手机，可以在嵌入式控制器11上搭建视频服务器，便于移动终端2查看机器人采集的视频，另外，陀螺仪17和加速度传感器18可以进行集成。
电机控制模块13周期性的检测电机16的运行状态，并将电机16的运行状态传输给嵌入式控制器11，嵌入式控制器11通过第一无线通讯模块12与第二无线通讯模块22的通讯将电机16的运行状态显示在触摸屏21上。通过1周期性的检测电机16的运行状态，便于用户及早的发现问题，进行相应的调整，以免造成通信资源的浪费。
电机控制模块13还连接有照明设备19，为了便于机器人在照明不良条件下进行更好的拍摄，设置了照明设备19，其中，照明设备19可以是LED灯，耗能小，亮度高。
如图2所示，移动终端2上还安装有机器人控制模块23，机器人控制模块23包括虚拟摇杆231、虚拟开关232、电机调速模块233、照明开关234和照明亮度调节模块235，虚拟开关232用于使能虚拟摇杆231，虚拟摇杆231用于发送操控机器人前进后退转弯的操作命令，机器人前进后退转弯的操作命令由第二无线通讯模块22发送给嵌入式控制器11，嵌入式控制器11将机器人前进后退转弯的操作命令发送给电机控制模块13，电机控制模块13控制电机驱动电路15驱动电机16执行相应的动作；电机调速模块233用于进行电机16的调速，照明开关234用于照明设备19的开关，照明亮度调节模块235用于照明设备19的亮度的调节。其中，触摸屏21还用于显示电机16的转速和电流，通过电机调速模块233进行电机16速度的调节，通过触摸屏21可以显示调节后的电机16的转速和当前电机16的电流，另外，触摸屏21可以显示机器人本体1的电池电量。
移动终端2上还安装有第三无线通讯模块24或第一有线通讯模块25。
基于智能移动终端的机器人控制系统还包括用于发送操控机器人命令的摇杆控制设备或者按钮控制设备，摇杆控制设备或者按钮控制设备通过第四无线通讯模块与第三无线通讯模块24的通讯将操控机器人的命令发送给移动终端2。摇杆控制设备或者按钮控制设备也可以通过第二有线通讯模块与第一有线通讯模块25的通讯将操控机器人的命令发送给移动终端2。用户通过操作摇杆控制设备或者按钮控制设备发送操控机器人的操作命令，移动终端2上的第三无线通讯模块24或者第一有线通讯模块25接收后传输给嵌入式控制器11，进行后续的机器人控制。
在满足通讯带宽的前提下，第一无线通讯模块12、第二无线通讯模块22、第三无线通讯模块24和第四无线通讯模块可以使用搭建局域网或者使用运营商的网络，根据信号的质量和距离进行有效的切换，有效的扩大了机器人和移动终端2的有效距离。
如图3所示是一种采用基于智能移动终端的机器人控制系统进行控制的方法，包括如下步骤：
1)移动终端2连接需要控制的机器人；
2)移动终端2将控制指令通过第二无线通讯模块22发送给嵌入式控制器11，同时移动终端2启动计时器；
3)嵌入式控制器11将控制指令发送给电机控制模块13，电机控制模块13控制电机驱动电路15驱动电机16执行相应的动作；
4)若步骤2)中的计时器未超时，移动终端2将控制指令通过第一无线通讯模块12发送给嵌入式控制器11，嵌入式控制器11将控制指令分发给电机控制模块13，电机控制模块13控制电机驱动电路15驱动电机16执行相应的动作，电机控制模块13周期性的将电机16的执行结果反馈给嵌入式控制器11，嵌入式控制器11将执行结果通过第一无线通讯模块12传输给第二无线通讯模块22，第二无线通讯模块22将执行结果显示在触摸屏21上；
5)若步骤2)中的计时器超时，移动终端2重新发送控制指令。
其中，控制指令包括控制机器人前进的指令、机器人后退的指令、机器人转弯的指令和控制电机16运行速度的指令。
图4是移动终端2连接需要控制的机器人的流程图，
S11、输入需要控制的机器人的IP地址和端口号
S12、连接需要控制的机器人。
图5是移动终端发送控制机器人的操作命令的流程图，
S21、用户操作虚拟摇杆231；
S22、判断需要控制的机器人是否连接；
S23、如果需要控制的机器人已经连接，虚拟摇杆231发送控制机器人的操作命令，同时开启计时器；
S24、移动终端2等待接收控制机器人的操作命令的响应数据。
图6是移动终端接收数据包的处理流程图，
S41、触摸屏21收到数据包；
S42、移动终端2判断该数据包是控制机器人的操作命令的响应数据还是陀螺仪17和加速度传感器18上送的数据；
S43、如果数据包是控制机器人的操作命令的响应数据，更新命令的执行情况，并在触摸屏21进行显示；
S44、如果数据包是陀螺仪17或加速度传感器18上送的数据，更新触摸屏21上的机器人运行姿态。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于智能移动终端的机器人控制系统，包括机器人本体(1)和移动终端(2)，其特征在于：所述的机器人本体(1)包括嵌入式控制器(11)、第一无线通讯模块(12)、电机控制模块(13)、摄像头(14)、电机驱动电路(15)、电机(16)、陀螺仪(17)和加速度传感器(18)，所述的嵌入式控制器(11)分别与第一无线通讯模块(12)、电机控制模块(13)、摄像头(14)、陀螺仪(17)和加速度传感器(18)相连接，所述的电机驱动电路(15)与电机控制模块(13)相连接，所述的电机(16)与电机驱动电路(15)相连接，所述的移动终端(2)包括触摸屏(21)和第二无线通讯模块(22)，所述的移动终端(2)将控制指令通过第一无线通讯模块(12)发送给嵌入式控制器(11)，嵌入式控制器(11)将控制指令分发给电机控制模块(13)，电机控制模块(13)控制电机驱动电路(15)驱动电机(16)执行相应的动作，电机控制模块(13)周期性的将电机(16)的执行结果反馈给嵌入式控制器(11)，嵌入式控制器(11)将执行结果通过第一无线通讯模块(12)传输给第二无线通讯模块(22)，第二无线通讯模块(22)将执行结果显示在触摸屏(21)上，所述的摄像头(14)将机器人采集的视频传输给嵌入式控制器(11)，所述的移动终端(2)通过第二无线通讯模块(22)与第一无线通讯模块(12)的通讯来访问嵌入式控制器(11)并将机器人采集的视频在触摸屏(21)上进行显示，所述的陀螺仪(17)将机器人运动过程中的角速度传输给嵌入式控制器(11)，所述的加速度传感器(18)将机器人运动过程中的加速度传输给嵌入式控制器(11)，嵌入式控制器(11)对机器人运动过程中的角速度和加速度进行分析处理得到机器人的运动姿态，嵌入式控制器(11)通过第一无线通讯模块(12)与第二无线通讯模块(22)的通讯将机器人的运动姿态显示在触摸屏(21)上。
2.根据权利要求1所述的基于智能移动终端的机器人控制系统，其特征在于：所述的电机控制模块(13)周期性的检测电机(16)的运行状态，并将电机(16)的运行状态传输给嵌入式控制器(11)，嵌入式控制器(11)通过第一无线通讯模块(12)与第二无线通讯模块(22)的通讯将电机(16)的运行状态显示在触摸屏(21)上。
3.根据权利要求1所述的基于智能移动终端的机器人控制系统，其特征在于：所述的电机控制模块(13)还连接有照明设备(19)。
4.根据权利要求3所述的基于智能移动终端的机器人控制系统，其特征在于：所述的移动终端(2)上还安装有机器人控制模块(23)，所述的机器人控制模块(23)包括虚拟摇杆(231)、虚拟开关(232)、电机调速模块(233)、照明开关(234)和照明亮度调节模块(235)，所述的虚拟开关(232)用于使能虚拟摇杆(231)，所述的虚拟摇杆(231)用于发送操控机器人前进后退转弯的操作命令，机器人前进后退转弯的操作命令由第二无线通讯模块(22)发送给嵌入式控制器(11)，嵌入式控制器(11)将机器人前进后退转弯的操作命令发送给电机控制模块(13)，电机控制模块(13)控制电机驱动电路(15)驱动电机(16)执行相应的动作；所述的电机调速模块(233)用于进行电机(16)的调速，所述的照明开关(234)用于照明设备(19)的开关，所述的照明亮度调节模块(235)用于照明设备(19)的亮度的调节。
5.根据权利要求1所述的基于智能移动终端的机器人控制系统，其特征在于：所述的移动终端(2)上还安装有第三无线通讯模块(24)或第一有线通讯模块(25)。
6.根据权利要求5所述的基于智能移动终端的机器人控制系统，其特征在于：所述基于智能移动终端的机器人控制系统还包括用于发送操控机器人命令的摇杆控制设备或者按钮控制设备，所述的摇杆控制设备或者按钮控制设备通过第四无线通讯模块与第三无线通讯模块(24)的通讯将操控机器人的命令发送给移动终端(2)。
7.根据权利要求5所述的基于智能移动终端的机器人控制系统，其特征在于：所述的摇杆控制设备或者按钮控制设备通过第二有线通讯模块与第一有线通讯模块(25)的通讯将操控机器人的命令发送给移动终端(2)。
8.一种采用权利要求1所述基于智能移动终端的机器人控制系统进行控制的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)移动终端(2)连接需要控制的机器人；
2)移动终端(2)将控制指令通过第二无线通讯模块(22)发送给嵌入式控制器(11)，同时移动终端(2)启动计时器；
3)嵌入式控制器(11)将控制指令发送给电机控制模块(13)，电机控制模块(13)控制电机驱动电路(15)驱动电机(16)执行相应的动作；
4)若步骤2)中的计时器未超时，移动终端(2)将控制指令通过第一无线通讯模块(12)发送给嵌入式控制器(11)，嵌入式控制器(11)将控制指令分发给电机控制模块(13)，电机控制模块(13)控制电机驱动电路(15)驱动电机(16)执行相应的动作，电机控制模块(13)周期性的将电机(16)的执行结果反馈给嵌入式控制器(11)，嵌入式控制器(11)将执行结果通过第一无线通讯模块(12)传输给第二无线通讯模块(22)，第二无线通讯模块(22)将执行结果显示在触摸屏(21)上；
5)若步骤2)中的计时器超时，移动终端(2)重新发送控制指令。
9.根据权利要求6所述基于智能移动终端的机器人控制系统进行控制的方法，其特征在于：所述的控制指令包括控制机器人前进的指令、机器人后退的指令、机器人转弯的指令和控制电机(16)运行速度的指令。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160504 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |