CN106354039A - 一种游戏学习控制系统及游戏学习控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种游戏学习控制系统及游戏学习控制方法，所述的控制系统包括触摸型终端、运动控制器、电气驱动单元和末端执行机构，所述触摸型终端中设置有视觉处理模块，所述电气驱动单元包括伺服电机，所述运动控制器分别通过以太网口与所述视觉处理模块和所述伺服电机通信连接，所述伺服电机与所述末端执行机构机械连接，所述末端执行机构用来点击所述触摸型终端。本发明为工控领域初学者提供了一套完整的游戏学习控制系统，能够提高受训者自主学习、现场调试方面的综合能力，同时对游戏运动进行自动控制，解决了人为操作游戏时，判断失误或操作不当的问题。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制领域，具体涉及一种游戏学习控制系统及游戏学习控制方法。
背景技术
工业控制是一个非常广泛的行业。对于目前的工业控制系统，上位机、电气控制设备、机械执行机构、控制软件等是其不可或缺的组成部分。上位机软件种类繁多，电气控制设备层出不穷，机械执行机构也是千变万化，控制软件种类、编程语言也是各有千秋，导致行业新人难以摸到门道，往往困顿不已。
但是工业控制技术的发展却非常迅速，并且越来越受到各个国家的普遍重视。可以说工业控制技术的水平是衡量一个国家的工业水平的重要指标。而且由于工业控制技术的作用和影响几乎涵盖了社会生活生产的方方面面，因此对工业控制技术的研究价值和社会意义都非常重大。
发明内容
本发明提供了一种游戏学习控制系统及游戏学习控制方法，解决了现有技术的缺陷和不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供了一种游戏学习控制系统，包括触摸型终端、运动控制器、电气驱动单元和末端执行机构，所述触摸型终端中设置有视觉处理模块，所述电气驱动单元包括伺服电机，所述运动控制器分别通过以太网口与所述视觉处理模块和所述伺服电机通信连接，所述伺服电机与所述末端执行机构机械连接，所述末端执行机构用来点击所述触摸型终端的电容屏；
所述视觉处理模块，用于检测触摸型终端上运行游戏画面中的小鸟飞翔的当前位置坐标信息和画面中上下水管间隙的中心点位置坐标，并发送给运动控制器；
所述运动控制器，用于根据游戏画面中的小鸟飞翔的当前位置坐标信息、画面中上下水管间隙的中心点位置坐标以及预先设定的小鸟跳跃规则，计算出小鸟下一次飞翔的目标位置坐标以及飞翔速度，并生成对应的控制指令，向伺服电机发送该控制指令；
所述伺服电机，用于根据控制指令运行，带动所述末端执行机构在触摸型终端电容屏的特定位置进行点击，使得小鸟飞翔至触摸型终端游戏画面的目标位置坐标。
本发明的有益效果为：为工控领域初学者提供了一套完整的游戏学习控制系统，能够提高受训者自主学习、现场调试方面的综合能力，同时对游戏运动进行自动控制，解决了认为操作游戏时，判断失误或操作不当的问题。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
进一步的，所述视觉处理模块具体用于：
多次采集触摸型终端上游戏画面的图形信息，并从每一个图形信息中识别出对应的小鸟飞翔的当前位置坐标信息和画面中上下水管间隙的中心点位置坐标，并通过EtherCAT协议发送给运动控制器；
所述运动控制器具体用于：
根据视觉处理模块多次识别出的小鸟飞翔的当前位置坐标信息、计算出小鸟的飞翔速度、飞翔加速度和小鸟跳跃时间，并根据小鸟的飞翔速度、飞翔加速度、小鸟跳跃时间和预先设定的小鸟跳跃规则，计算出小鸟下一次飞翔的目标位置坐标以及飞翔速度，并生成对应的控制指令，向伺服电机发送该控制指令，其中，所述控制指令中包括速度指令、位置指令和转矩指令。
进一步的，所述运动控制器设置有供电电源接口、多个以太网口和CF卡及其CF卡接口，所述供电电源接口与第一供电电源连接，多个以太网口中的其中一个与所述视觉处理模块连接，另外的其中一个与所述伺服电机连接，通过CF卡接口插入CF卡。
进一步的，所述伺服电机包括一体化的伺服驱动器和电机本体，所述电气驱动单元还包括第二供电电源，所述第二供电电源与所述伺服电机通过电路连接，为所述伺服电机提供电源，所述运动控制器将控制指令发送给所述伺服驱动器。
所述进一步的有益效果为：所述伺服电机采用伺服驱动器和电机本体的一体化结构设计，可以提高走线的效率。
进一步的，所述运动控制器还用于：
接收所述伺服电机反馈的电机运行速度、电机位置信息和运行转矩，并与所述控制指令中的速度信息、位置信息以及转矩信息进行比较，形成控制闭环，调节所述伺服电机的运行速度、运行位置和运行转矩。
所述进一步的有益效果为：运动控制器和伺服电机形成闭环控制，提高电机控制的精度和整个系统的稳定性。
进一步的，所述末端执行机构包括7型连轴固定装置和模拟电容笔，所述7型连轴固定装置用于连接电机轴和所述模拟电容笔，所述模拟电容笔通过模拟电容笔的特性，用来点击所述触摸型终端的电容屏，使得小鸟飞翔至触摸型终端游戏画面的目标位置坐标。
进一步的，所述7型连轴固定装置的一端固定在所述电机本体的轴承上，另一端与所述模拟电容笔相连。
进一步的，所述模拟电容笔为塑料吸管，在所述塑料吸管的末端增加一块海绵，通过所述塑料吸管的另一端注水，使所述模拟电容笔具有电容笔的特性。
所述进一步的有益效果为：模拟电容笔采用塑料吸管，不会戳坏触摸型终端的电容屏，很好的对触摸型终端的电容屏进行了保护。
为了解决本发明的技术问题，还提供了一种游戏学习控制方法，包括以下步骤：
S1，检测运行在触摸型终端上的游戏画面中的小鸟飞翔的当前位置坐标信息和画面中上下水管间隙的中心点位置坐标；
S2，根据游戏画面中的小鸟飞翔的当前位置坐标信息、画面中上下水管间隙的中心点位置坐标以及预先设定的小鸟跳跃规则，计算出小鸟下一次飞翔的目标位置坐标以及飞翔速度，并生成对应的控制指令，向伺服电机发送该控制指令；
S3，所述伺服电机根据控制指令运行，带动所述末端执行机构在触摸型终端电容屏的特定位置进行点击，使得小鸟飞翔至触摸型终端游戏画面的目标位置坐标。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
进一步的，所述步骤S1包括：
多次采集触摸型终端上游戏画面的图形信息，并从每一个图形信息中识别出对应的小鸟飞翔的当前位置坐标信息和画面中上下水管间隙的中心点位置坐标；
所述步骤S2具体包括：
根据多次识别出的小鸟飞翔的当前位置坐标信息、计算出小鸟的飞翔速度、飞翔加速度和小鸟跳跃时间，并根据小鸟的飞翔速度、飞翔加速度、小鸟跳跃时间和预先设定的小鸟跳跃规则，计算出小鸟下一次飞翔的目标位置坐标以及飞翔速度，并生成对应的控制指令，向伺服电机发送该控制指令，其中，所述控制指令中包括速度指令、速度指令和转矩指令。
附图说明
图1为实施例1的一种游戏学习控制系统连接框图；
图2为实施例2的一种游戏学习控制方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1、一种游戏学习控制系统。
参见图1，本实施例提供的游戏学习控制系统包括触摸型终端、运动控制器、电气驱动单元和末端执行机构，所述触摸型终端中设置有视觉处理模块，所述电气驱动单元包括伺服电机，所述运动控制器分别通过以太网口与所述视觉处理模块和所述伺服电机通信连接，所述伺服电机与所述末端执行机构机械连接，所述末端执行机构用来点击所述触摸型终端的电容屏；
所述视觉处理模块，用于检测触摸型终端上运行游戏画面中的小鸟飞翔的当前位置坐标信息和画面中上下水管间隙的中心点位置坐标，并发送给运动控制器；
所述运动控制器，用于根据游戏画面中的小鸟飞翔的当前位置坐标信息、画面中上下水管间隙的中心点位置坐标以及预先设定的小鸟跳跃规则，计算出小鸟下一次飞翔的目标位置坐标以及飞翔速度，并生成对应的控制指令，向伺服电机发送该控制指令；
所述伺服电机，用于根据控制指令运行，带动所述末端执行机构在触摸型终端电容屏的特定位置进行点击，使得小鸟飞翔至触摸型终端游戏画面的目标位置坐标。
其中，所述运动控制器设置有供电电源接口、多个以太网口和CF卡及其CF卡接口，所述供电电源接口与第一供电电源，即图1中的第一供电电源连接，多个以太网口中的其中一个与所述视觉处理模块连接，另外的其中一个与所述伺服电机连接，通过CF卡接口插入CF卡，运动控制器可连接上位机，从上位机下载运行控制程序，并将下载的运行控制程序存储于CF卡中，其中，CF卡存储内存为60Mbyte。
所述伺服电机包括一体化的伺服驱动器和电机本体，所述电气驱动单元还包括第二供电电源，所述第二供电电源与所述伺服电机通过电路连接，为所述伺服电机提供电源，所述运动控制器将控制指令发送给所述伺服驱动器。本实施例中电气驱动单元为菲仕共直流母线带电源盒带EtherCAT接口的TW伺服电机，其伺服驱动器和电机本体一体化的结构方式可以显著提高走线效率，美化外观，提高整个系统的稳定性。
所述视觉处理模块具体用于：
多次采集触摸型终端上游戏画面的图形信息，并从每一个图形信息中识别出对应的小鸟飞翔的当前位置坐标信息和画面中上下水管间隙的中心点位置坐标，并通过EtherCAT协议发送给运动控制器；
所述运动控制器具体用于：
根据视觉处理模块多次识别出的小鸟飞翔的当前位置坐标信息、计算出小鸟的飞翔速度、飞翔加速度和小鸟跳跃时间，并根据小鸟的飞翔速度、飞翔加速度、小鸟跳跃时间和预先设定的小鸟跳跃规则，计算出小鸟下一次飞翔的目标位置坐标以及飞翔速度，并生成对应的控制指令，向伺服电机发送该控制指令，其中，所述控制指令中包括速度指令、位置指令和转矩指令。
所述运动控制器还用于：
接收所述伺服电机反馈的电机运行速度、电机位置信息和运行转矩，并与所述控制指令中的速度信息、位置信息以及转矩信息进行比较，形成控制闭环，调节所述伺服电机的运行速度、运行位置和运行转矩，通过闭环控制反复调节伺服电机的运行状态信息，可提高电机控制精度和整个系统的稳定性。
所述末端执行机构包括7型连轴固定装置和模拟电容笔，所述7型连轴固定装置用于连接电机轴和所述模拟电容笔，所述模拟电容笔通过模拟电容笔的特性，用来点击所述触摸型终端，使得小鸟飞翔至触摸型终端游戏画面的目标位置坐标。其中，所述7型连轴固定装置的一端固定在所述电机本体的轴承上，另一端与所述模拟电容笔相连。其中，所述7型连轴固定装置为了包容机械加工上的误差，防止7型连轴固定装置不能正好固定在电机主轴上，对7型连轴固定装置一段的铁管进行了切割，然后一段焊紧，另一端打两个螺孔，用螺钉将末端执行结构固定在电机的轴承上，有效的解决了由机械加工误差导致7型连轴固定装置与电机主轴固定不牢靠的问题。
为了避免在伺服电机转动幅度过大的情况下戳坏触摸型终端的电容屏，本实施例采用一定硬度，但是不会损坏触摸型终端屏幕的塑料吸管代替真的电容笔，有效的对触摸型终端的电容屏进行了保护。为了使模拟电容笔具有电容笔的特性，在塑料吸管的末端增加一块海绵，一是为了保护触摸型终端的屏幕不被磨损划伤，另外，可以通过塑料吸管的另外一端加水，使模拟电容笔具有电容笔的特性，本实施例成功地模拟了电容笔的特性。在所述塑料吸管的末端增加一块海绵，通过所述塑料吸管的另一端注水，使所述模拟电容笔具有电容笔的特性。
另外，本实施例中的触摸型终端采用ipad2，高241.1mm，宽185.7mm，触摸型终端用于运行飞翔的小鸟游戏，为所述视觉处理模块提供监控画面。
实施例2、一种游戏学习控制方法。
参见图2，本实施例提供的游戏学习控制方法包括：
S1，检测运行在触摸型终端上的游戏画面中的小鸟飞翔的当前位置坐标信息和画面中上下水管间隙的中心点位置坐标；
S2，根据游戏画面中的小鸟飞翔的当前位置坐标信息、画面中上下水管间隙的中心点位置坐标以及预先设定的小鸟跳跃规则，计算出小鸟下一次飞翔的目标位置坐标以及飞翔速度，并生成对应的控制指令，向伺服电机发送该控制指令；
S3，所述伺服电机根据控制指令运行，带动所述末端执行机构在触摸型终端电容屏的特定位置进行点击，使得小鸟飞翔至触摸型终端游戏画面的目标位置坐标。
下面对上述步骤进行具体的描述。
利用设置于触摸型终端内的视觉处理模块多次采集触摸型终端上运行的游戏画面中的图形信息，并根据图形信息识别出画面中小鸟飞翔的当前位置坐标信息和画面中上下水管间隙的中心点位置坐标，并从每一个图形信息中识别出来的小鸟飞翔的当前位置坐标信息和画面中上下水管间隙的中心点位置坐标通过EtherCAT协议发送给运动控制器。运动控制器根据多次识别出来的小鸟飞翔的当前位置坐标信息，计算出小鸟飞翔的速度、小鸟飞翔的加速度、小鸟每次跳跃的时间，运动控制器根据小鸟飞翔的速度、小鸟飞翔的加速度、小鸟每次跳跃的时间以及预先设定的小鸟的跳跃规则，计算出小鸟下一次飞翔的目标位置坐标，并生成控制指令，将控制指令发送给伺服电机，控制指令中包括速度指令、位置指令和转矩指令。
伺服电机接收到控制指令后，按照控制指令进行运行，并将运行状态信息、电机运行速度、运行位置和运行转矩均反馈给运动控制器，运动控制器将伺服电机反馈的实际运行状态信息、电机运行速度、运行位置和运行转矩与控制指令中的速度指令、位置指令和转矩指令进行比较，形成控制闭环，不断调节伺服电机的运行状态，提高电机控制精度和整个系统的稳定性。伺服电机在运行的过程中，带动末端执行结构上的电容笔在触摸型终端电容屏的特定位置进行点击，使得小鸟飞翔到目标位置坐标，完成一轮的游戏控制过程。
本发明提供的一种游戏学习控制系统及游戏学习控制方法，本发明为工控领域初学者提供了一套完整的游戏学习控制系统，能够提高受训者自主学习、现场调试方面的综合能力，同时对游戏运动进行自动控制，解决了人为操作游戏时，判断失误或操作不当的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种游戏学习控制系统，其特征在于，包括触摸型终端、运动控制器、电气驱动单元和末端执行机构，所述触摸型终端中设置有视觉处理模块，所述电气驱动单元包括伺服电机，所述运动控制器分别通过以太网口与所述视觉处理模块和所述伺服电机通信连接，所述伺服电机与所述末端执行机构机械连接，所述末端执行机构用来点击所述触摸型终端的电容屏；
所述视觉处理模块，用于检测触摸型终端上运行游戏画面中的小鸟飞翔的当前位置坐标和画面中上下水管间隙的中心点位置坐标信息，并发送给运动控制器；
所述运动控制器，用于根据游戏画面中的小鸟飞翔的当前位置坐标信息、画面中上下水管间隙的中心点位置坐标以及预先设定的小鸟跳跃规则，计算出小鸟下一次飞翔的目标位置坐标以及飞翔速度，并生成对应的控制指令，向伺服电机发送该控制指令；
所述伺服电机，用于根据控制指令运行，带动所述末端执行机构在触摸型终端电容屏的特定位置进行点击，使得小鸟飞翔至触摸型终端游戏画面的目标位置坐标。
2.如权利要求1所述的一种游戏学习控制系统，其特征在于，所述视觉处理模块具体用于：
多次采集触摸型终端上游戏画面的图形信息，并从每一个图形信息中识别出对应的小鸟飞翔的当前位置坐标信息和画面中上下水管间隙的中心点位置坐标，并通过EtherCAT协议发送给运动控制器；
所述运动控制器具体用于：
根据视觉处理模块多次识别出的小鸟飞翔的当前位置坐标信息、计算出小鸟的飞翔速度、飞翔加速度和小鸟跳跃时间，并根据小鸟的飞翔速度、飞翔加速度、小鸟跳跃时间和预先设定的小鸟跳跃规则，计算出小鸟下一次飞翔的目标位置坐标以及飞翔速度，并生成对应的控制指令，向伺服电机发送该控制指令，其中，所述控制指令中包括速度指令、位置指令和转矩指令。
3.如权利要求1所述的一种游戏学习控制系统，其特征在于，所述运动控制器设置有供电电源接口、多个以太网口和CF卡及其CF卡接口，所述供电电源接口与第一供电电源连接，多个以太网口中的其中一个与所述视觉处理模块连接，另外的其中一个与所述伺服电机连接，通过CF卡接口插入CF卡。
4.如权利要求3所述的一种游戏学习控制系统，其特征在于，所述伺服电机包括一体化的伺服驱动器和电机本体，所述电气驱动单元还包括第二供电电源，所述第二供电电源与所述伺服电机通过电路连接，为所述伺服电机提供电源，所述运动控制器将控制指令发送给所述伺服驱动器。
5.如权利要求4所述的一种游戏学习控制系统，其特征在于，所述运动控制器还用于：
接收所述伺服电机反馈的电机运行速度、电机位置信息和运行转矩，并与所述控制指令中的速度信息、位置信息以及转矩信息进行比较，形成控制闭环，调节所述伺服电机的运行速度、运行位置和运行转矩。
6.如权利要求1所述的一种游戏学习控制系统，其特征在于，所述末端执行机构包括7型连轴固定装置和模拟电容笔，所述7型连轴固定装置用于连接伺服电机轴和所述模拟电容笔，所述模拟电容笔通过模拟电容笔的特性，用来点击所述触摸型终端电容屏，使得小鸟飞翔至触摸型终端游戏画面的目标位置坐标。
7.如权利6所述的一种游戏学习控制系统，其特征在于，所述7型连轴固定装置的一端固定在所述电机本体的轴承上，另一端与所述模拟电容笔相连。
8.如权利要求7所述的一种游戏学习控制系统，其特征在于，所述模拟电容笔为塑料吸管，在所述塑料吸管的末端增加一块海绵，通过所述塑料吸管的另一端注水，使所述模拟电容笔具有电容笔的特性。
9.一种游戏学习控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，检测运行在触摸型终端上的游戏画面中的小鸟飞翔的当前位置坐标信息和画面中上下水管间隙的中心点位置坐标；
S2，根据游戏画面中的小鸟飞翔的当前位置坐标信息、画面中上下水管间隙的中心点位置坐标以及预先设定的小鸟跳跃规则，计算出小鸟下一次飞翔的目标位置坐标以及飞翔速度，并生成对应的控制指令，向伺服电机发送该控制指令；
S3，所述伺服电机根据控制指令运行，带动所述末端执行机构在触摸型终端电容屏的特定位置进行点击，使得小鸟飞翔至触摸型终端游戏画面的目标位置坐标。
10.如权利要求9所述的一种游戏学习控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
多次采集触摸型终端上游戏画面的图形信息，并从每一个图形信息中识别出对应的小鸟飞翔的当前位置坐标信息和画面中上下水管间隙的中心点位置坐标；
所述步骤S2具体包括：
根据多次识别出的小鸟飞翔的当前位置坐标信息、计算出小鸟的飞翔速度、飞翔加速度和小鸟跳跃时间，并根据小鸟的飞翔速度、飞翔加速度、小鸟跳跃时间和预先设定的小鸟跳跃规则，计算出小鸟下一次飞翔的目标位置坐标以及飞翔速度，并生成对应的控制指令，向伺服电机发送该控制指令，其中，所述控制指令中包括速度指令、位置指令和转矩指令。
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