CN107756420A - 一种手把手仿真机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手把手仿真机器人控制系统，包括手持器、上位机、电源电路、单片机处理电路、人工肌肉系统、信号控制电路和伺服电机系统，所述手持器和上位机通过无线通信实现信息传递；所述手持器包括微控制器、陀螺仪传感器、加速度传感器和无线网络模块；本发明可以在PC机上控制仿真机器人进行仿真，性价比较高，能够适用于高校教学仿真，所演示的功能和实体机器人操作相同，大大的降低了研发和学习成本，安全性较高，可以直观的展示机器人的运动控制轨迹，故障率低，节能环保，能够与用户聊天、唱歌，可以记录用户面部信息，且仿真机器人由于采用人工肌肉与伺服电机相结合的动力系统，动作流畅，噪音小。

Description

一种手把手仿真机器人控制系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种手把手仿真机器人控制系统。

背景技术

机器人是自动控制机器（Robot）的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械（如机器狗，机器猫等）。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人。而仿真机器人是有与真人有一样的外形、身高、毛发、肌肤；有真人一样的语言、语气、口形、表情；有真人一样的五官外貌；头、颈、腰、臂、手等身体主要部分均能如真人一样摆出多种姿势和动作，将机器与人的关系变为人与人之间的交流，而且有部分人类的智能和超出人类的智能。可以代替服务台功能而进行导购、导游、问询等工作，是一种新颖引客服务工具，是一种娱乐、趣味性机器人。随着运动控制技术的发展，工业机器人被广泛应用于很多领域，例如汽车焊接、LED固晶、PCB电路板打孔、注塑机的机械手等等。我国也比较重视工业机器人的发展和应用，不仅在资金上大力工业支持机器人行业的发展，而且把工业机器人的运动控制技术逐步向高校推进，让更多的在校学生也可以接触和了解工业机器人。但是一套工业机器人产品的价格昂贵，而且在实际操作过程中如果操作不当会对在场人员造成一定的危险性，因此高校对配备工业机器人十分慎重，而且即使配备数量也是有限的。目前，关于机器人的控制，一部分是国外的教学仿真产品，但是价格较高，例如KUKA和KEBA的仿真产品等；另一部分是国内的教学仿真产品，采用有线连接方式，模糊控制理论，算法复杂，操作也不方便，且利用反复学习的过程来实现控制算法，即让机器人先完成一些简 单的动作，然后一点一点地改变控制参数，直到机器人能够完成较为 复杂的动作。上述控制算法实现费时费力。

所以，如何设计一种手把手仿真机器人控制系统，成为我们当前要解决的问题。

发明内容

本发明提供一种手把手仿真机器人控制系统，硬件简单，不仅可以直接连接实体机器人的控制系统，让实体机器人也跟随手势姿势运动，还可以在PC机上控制仿真机器人进行仿真，性价比较高，能够适用于高校教学仿真，所演示的功能和实体机器人操作相同，大大的降低了研发和学习成本，安全性较高，可以直观的展示机器人的运动控制轨迹，故障率低，节能环保，能够通过遥控器、人体感应传感器、语音信号和/或人脸特征触发高仿真机器人动作，且整个仿真机器人智能化，可以准确并迅速地识别用户说话内容，能够与用户聊天、唱歌，可以记录用户面部信息，并在下次见面时能够迅速准确地识别用户，仿真机器人由于采用人工肌肉与伺服电机相结合的动力系统，动作流畅，噪音小，可以有效解决上述背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种手把手仿真机器人控制系统，包括手持器、上位机、电源电路、单片机处理电路、人工肌肉系统、信号控制电路和伺服电机系统，所述手持器和上位机通过无线通信实现信息传递；所述手持器包括微控制器、陀螺仪传感器、加速度传感器和无线网络模块，所述陀螺仪传感器、加速度传感器将信号传递给微控制器，经过微控制器进行数据处理后，利用无线网络模块将处理信号通过无线通信发送给上位机；所述上位机通过无线网接口，准确获取处理信号，并将处理信号解包处理，然后在图形界面上通过算法处理机器人跟随手势轨迹运转，形成运动指令后以控制机器人按照规划的位置进行运动，同时机器人实时将实际的位置反馈给上位机，再通过无线通信将信号传递给手持器，电源电路用于为单片机处理电路、信号控制电路、伺服电机系统供电；单片机处理电路，用于接收动作指令，并根据所述动作指令向信号控制电路发送执行单元信号；信号控制电路根据所述执行单元信号同时向与所述执行单元信号对应的伺服电机系统、人工肌肉系统发送信号；伺服电机子系统，根据所述执行单元信号控制相应的仿真机器人运动部位进行动作；人工肌肉子系统，用于根据所述执行单元信号控制相应的人工肌肉进行动作，还包括数据采集电路，用于采集语音信号或者影像信号，并提供给所述单片机数据处理电路，所述单片机数据处理电路根据所述采集的语音信号或者影像信号生成动作指令。

根据上述技术方案，所述人工肌肉系统包括流体人工肌肉、电机、液压缸、滚珠丝杠、PC控制端构成；流体人工肌肉一端与液压缸密闭连通；滚珠丝杠的两端分别与液压缸活塞杆端部和电机相连接；电机与PC控制端连接，人工肌肉系统还包括 压力变送器，压力变送器一端与流体人工肌肉连接，另一端与PC控制端连接，于电机与PC控制端之间通过导线进行连接，电机和PC控制端上安装无线信号发送和接收装置，进而实现远距离无线遥控，压力变送器与PC控制端之间通过导线进行连接，压力变送器和PC控制端上安装无线信号发送和接收装置，进而实现远距离无线遥控。

根据上述技术方案，所述伺服电机子系统通过控制四连杆结构来控制仿真机器人运动部位进行动作。

根据上述技术方案，所述伺服电机子系统还包括包括多个本地控制模块和上位控制器，多个本地控制模块连接到上位控制器，本地控制模块包含伺服电机、输出信号反馈装置、本地控制器；伺服电机连接到输出信号反馈装置，输出信号反馈装置连接到本地控制器，本地控制器连接到伺服电机，本地控制器连接到上位控制器；输出信号反馈装置将伺服电机所反馈的伺服电机运行状态信息发送给本地控制器；本地控制器从输出信号反馈装置接收伺服电机运行状态信息，并将伺服电机运行状态信息发送给上位控制器；且会处理伺服电机运行状态信息，当检测到故障时，停止伺服电机的运行；且接收上位控制器所发送的控制指令，根据控制指令控制伺服电机的运行；上位控制器从多个本地控制模块接收伺服电机运行状态信息，并对其进行综合分析、处理，且向相关的本地控制模块发送相应的控制命令。

根据上述技术方案，所述上位机包括手持器本体，该手持器本体包括MCU控制模块、NFC通讯模块、红外通讯模块、液晶显示模块和电源模块；NFC通讯模块包括NFC通讯芯片及天线；MCU控制模块与NFC通讯模块双向连接，实现信息的双向传输；MCU控制模块控制NFC通讯模块以NFC读写器模式、NFC卡模式之一工作；红外通讯模块用于红外信息读写，MCU控制模块与红外通讯模块双向连接，实现信息的双向传输；液晶显示模块输入端连接MCU控制器输出端，用于显示当前卡信息和操作对象信息；电源模块为所有用电模块供电。

根据上述技术方案，所述红外通讯模块包括红外收发器及驱动电路，MCU控制模块驱动信号输出端连接驱动电路输入端，驱动电路与红外收发器相连接，驱动红外收发器工作，红外通讯模块与MCU控制模块双向连接，实现信息的双向传输。

根据上述技术方案，所述手持器本体还包括按键模块，按键模块输出端连接所述MCU控制模块输入端。

与现有技术相比，本发明的有益效果：硬件简单，不仅可以直接连接实体机器人的控制系统，让实体机器人也跟随手势姿势运动，还可以在PC机上控制仿真机器人进行仿真，性价比较高，能够适用于高校教学仿真，所演示的功能和实体机器人操作相同，大大的降低了研发和学习成本，安全性较高，可以直观的展示机器人的运动控制轨迹，故障率低，节能环保，能够通过遥控器、人体感应传感器、语音信号和/或人脸特征触发高仿真机器人动作，且整个仿真机器人智能化，可以准确并迅速地识别用户说话内容，能够与用户聊天、唱歌，可以记录用户面部信息，并在下次见面时能够迅速准确地识别用户，仿真机器人由于采用人工肌肉与伺服电机相结合的动力系统，动作流畅，噪音小。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明的系统结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：如图1所示，本发明提供一种手把手仿真机器人控制系统，包括手持器、上位机、电源电路、单片机处理电路、人工肌肉系统、信号控制电路和伺服电机系统，所述手持器和上位机通过无线通信实现信息传递；所述手持器包括微控制器、陀螺仪传感器、加速度传感器和无线网络模块，所述陀螺仪传感器、加速度传感器将信号传递给微控制器，经过微控制器进行数据处理后，利用无线网络模块将处理信号通过无线通信发送给上位机；所述上位机通过无线网接口，准确获取处理信号，并将处理信号解包处理，然后在图形界面上通过算法处理机器人跟随手势轨迹运转，形成运动指令后以控制机器人按照规划的位置进行运动，同时机器人实时将实际的位置反馈给上位机，再通过无线通信将信号传递给手持器，电源电路用于为单片机处理电路、信号控制电路、伺服电机系统供电；单片机处理电路，用于接收动作指令，并根据所述动作指令向信号控制电路发送执行单元信号；信号控制电路根据所述执行单元信号同时向与所述执行单元信号对应的伺服电机系统、人工肌肉系统发送信号；伺服电机子系统，根据所述执行单元信号控制相应的仿真机器人运动部位进行动作；人工肌肉子系统，用于根据所述执行单元信号控制相应的人工肌肉进行动作，还包括数据采集电路，用于采集语音信号或者影像信号，并提供给所述单片机数据处理电路，所述单片机数据处理电路根据所述采集的语音信号或者影像信号生成动作指令。

根据上述技术方案，所述人工肌肉系统包括流体人工肌肉、电机、液压缸、滚珠丝杠、PC控制端构成；流体人工肌肉一端与液压缸密闭连通；滚珠丝杠的两端分别与液压缸活塞杆端部和电机相连接；电机与PC控制端连接，人工肌肉系统还包括 压力变送器，压力变送器一端与流体人工肌肉连接，另一端与PC控制端连接，于电机与PC控制端之间通过导线进行连接，电机和PC控制端上安装无线信号发送和接收装置，进而实现远距离无线遥控，压力变送器与PC控制端之间通过导线进行连接，压力变送器和PC控制端上安装无线信号发送和接收装置，进而实现远距离无线遥控。

根据上述技术方案，所述伺服电机子系统通过控制四连杆结构来控制仿真机器人运动部位进行动作。

根据上述技术方案，所述伺服电机子系统还包括包括多个本地控制模块和上位控制器，多个本地控制模块连接到上位控制器，本地控制模块包含伺服电机、输出信号反馈装置、本地控制器；伺服电机连接到输出信号反馈装置，输出信号反馈装置连接到本地控制器，本地控制器连接到伺服电机，本地控制器连接到上位控制器；输出信号反馈装置将伺服电机所反馈的伺服电机运行状态信息发送给本地控制器；本地控制器从输出信号反馈装置接收伺服电机运行状态信息，并将伺服电机运行状态信息发送给上位控制器；且会处理伺服电机运行状态信息，当检测到故障时，停止伺服电机的运行；且接收上位控制器所发送的控制指令，根据控制指令控制伺服电机的运行；上位控制器从多个本地控制模块接收伺服电机运行状态信息，并对其进行综合分析、处理，且向相关的本地控制模块发送相应的控制命令。

根据上述技术方案，所述上位机包括手持器本体，该手持器本体包括MCU控制模块、NFC通讯模块、红外通讯模块、液晶显示模块和电源模块；NFC通讯模块包括NFC通讯芯片及天线；MCU控制模块与NFC通讯模块双向连接，实现信息的双向传输；MCU控制模块控制NFC通讯模块以NFC读写器模式、NFC卡模式之一工作；红外通讯模块用于红外信息读写，MCU控制模块与红外通讯模块双向连接，实现信息的双向传输；液晶显示模块输入端连接MCU控制器输出端，用于显示当前卡信息和操作对象信息；电源模块为所有用电模块供电。

根据上述技术方案，所述红外通讯模块包括红外收发器及驱动电路，MCU控制模块驱动信号输出端连接驱动电路输入端，驱动电路与红外收发器相连接，驱动红外收发器工作，红外通讯模块与MCU控制模块双向连接，实现信息的双向传输。

根据上述技术方案，所述手持器本体还包括按键模块，按键模块输出端连接所述MCU控制模块输入端。

基于上述，本发明的优点在于，可以实时采集心电数据，同时，有针对性的图像采集识别技术的应用，帮助医硬件简单，不仅可以直接连接实体机器人的控制系统，让实体机器人也跟随手势姿势运动，还可以在PC机上控制仿真机器人进行仿真，性价比较高，能够适用于高校教学仿真，所演示的功能和实体机器人操作相同，大大的降低了研发和学习成本，安全性较高，可以直观的展示机器人的运动控制轨迹，故障率低，节能环保，能够通过遥控器、人体感应传感器、语音信号和/或人脸特征触发高仿真机器人动作，且整个仿真机器人智能化，可以准确并迅速地识别用户说话内容，能够与用户聊天、唱歌，可以记录用户面部信息，并在下次见面时能够迅速准确地识别用户，仿真机器人由于采用人工肌肉与伺服电机相结合的动力系统，动作流畅，噪音小。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术患者来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (7)

1.一种手把手仿真机器人控制系统，其特征在于：包括手持器、上位机、电源电路、单片机处理电路、人工肌肉系统、信号控制电路和伺服电机系统，所述手持器和上位机通过无线通信实现信息传递；所述手持器包括微控制器、陀螺仪传感器、加速度传感器和无线网络模块，所述陀螺仪传感器、加速度传感器将信号传递给微控制器，经过微控制器进行数据处理后，利用无线网络模块将处理信号通过无线通信发送给上位机；所述上位机通过无线网接口，准确获取处理信号，并将处理信号解包处理，然后在图形界面上通过算法处理机器人跟随手势轨迹运转，形成运动指令后以控制机器人按照规划的位置进行运动，同时机器人实时将实际的位置反馈给上位机，再通过无线通信将信号传递给手持器，电源电路用于为单片机处理电路、信号控制电路、伺服电机系统供电；单片机处理电路，用于接收动作指令，并根据所述动作指令向信号控制电路发送执行单元信号；信号控制电路根据所述执行单元信号同时向与所述执行单元信号对应的伺服电机系统、人工肌肉系统发送信号；伺服电机子系统，根据所述执行单元信号控制相应的仿真机器人运动部位进行动作；人工肌肉子系统，用于根据所述执行单元信号控制相应的人工肌肉进行动作，还包括数据采集电路，用于采集语音信号或者影像信号，并提供给所述单片机数据处理电路，所述单片机数据处理电路根据所述采集的语音信号或者影像信号生成动作指令。

2.根据权利要求1所述的一种手把手仿真机器人控制系统，其特征在于：所述人工肌肉系统包括流体人工肌肉、电机、液压缸、滚珠丝杠、PC控制端构成；流体人工肌肉一端与液压缸密闭连通；滚珠丝杠的两端分别与液压缸活塞杆端部和电机相连接；电机与PC控制端连接，人工肌肉系统还包括 压力变送器，压力变送器一端与流体人工肌肉连接，另一端与PC控制端连接，于电机与PC控制端之间通过导线进行连接，电机和PC控制端上安装无线信号发送和接收装置，进而实现远距离无线遥控，压力变送器与PC控制端之间通过导线进行连接，压力变送器和PC控制端上安装无线信号发送和接收装置，进而实现远距离无线遥控。

3.根据权利要求1所述的一种手把手仿真机器人控制系统，其特征在于：所述伺服电机子系统通过控制四连杆结构来控制仿真机器人运动部位进行动作。

4.根据权利要求1或3所述的一种手把手仿真机器人控制系统，其特征在于：所述伺服电机子系统还包括包括多个本地控制模块和上位控制器，多个本地控制模块连接到上位控制器，本地控制模块包含伺服电机、输出信号反馈装置、本地控制器；伺服电机连接到输出信号反馈装置，输出信号反馈装置连接到本地控制器，本地控制器连接到伺服电机，本地控制器连接到上位控制器；输出信号反馈装置将伺服电机所反馈的伺服电机运行状态信息发送给本地控制器；本地控制器从输出信号反馈装置接收伺服电机运行状态信息，并将伺服电机运行状态信息发送给上位控制器；且会处理伺服电机运行状态信息，当检测到故障时，停止伺服电机的运行；且接收上位控制器所发送的控制指令，根据控制指令控制伺服电机的运行；上位控制器从多个本地控制模块接收伺服电机运行状态信息，并对其进行综合分析、处理，且向相关的本地控制模块发送相应的控制命令。

5.根据权利要求1所述的一种手把手仿真机器人控制系统，其特征在于：所述上位机包括手持器本体，该手持器本体包括MCU控制模块、NFC通讯模块、红外通讯模块、液晶显示模块和电源模块；NFC通讯模块包括NFC通讯芯片及天线；MCU控制模块与NFC通讯模块双向连接，实现信息的双向传输；MCU控制模块控制NFC通讯模块以NFC读写器模式、NFC卡模式之一工作；红外通讯模块用于红外信息读写，MCU控制模块与红外通讯模块双向连接，实现信息的双向传输；液晶显示模块输入端连接MCU控制器输出端，用于显示当前卡信息和操作对象信息；电源模块为所有用电模块供电。

6.根据权利要求5所述的一种手把手仿真机器人控制系统，其特征在于：所述红外通讯模块包括红外收发器及驱动电路，MCU控制模块驱动信号输出端连接驱动电路输入端，驱动电路与红外收发器相连接，驱动红外收发器工作，红外通讯模块与MCU控制模块双向连接，实现信息的双向传输。

7.根据权利要求5所述的一种手把手仿真机器人控制系统，其特征在于：所述手持器本体还包括按键模块，按键模块输出端连接所述MCU控制模块输入端。