CN108000519A - 一种感知记忆型机械手臂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感知记忆型机械手臂及其使用方法，涉及机械手臂设备控制领域。该机械手臂包括机械手臂主体和控制系统，机械手臂主体包括若干运动部件，控制系统包括数据采集模块、数据存储模块、数据分析模块、机械手臂控制模块、以及与所述若干运动部件一一对应的运动轨迹信息传输模块；运动轨迹信息传输模块设置于对应的运动部件上，数据采集模块与所有运动轨迹信息传输模块电连接，数据存储模块分别与数据采集模块、数据分析模块、机械手臂控制模块电连接。本发明能够根据机械手臂的运动轨迹信息，自动生成机械手臂的可执行程序，进而不仅降低了人工成本，提高了工作效率，而且可复制性较强，可批量生产，能够满足工业使用的要求。

Description

一种感知记忆型机械手臂及其使用方法

技术领域

本发明涉及机械手臂设备控制领域，具体涉及一种感知记忆型机械手臂及其使用方法。

背景技术

机械手臂是工业领域中广泛应用的自动化机械装置，它可以代替工作人员进行重复性劳动，也可以在恶劣环境下工作，极大方便了工业生产。合理使用机械手臂可以减少工业生产中的人工成本、提高生产效率、提升产品品质、加强生产过程统一管理。

现有的工业用机械手臂一般为通过机械手臂控制模块(如计算机)进行控制，若要设计机械手臂的运动轨迹或执行动作，需要在每次设计后编写相应的可执行程序，再由机械手臂控制模块根据可执行程序来操作机械手臂。但是编写可执行程序需要具备较高的软件知识和一定的编程水平的人员来操作，这提高了机械手臂的技术门槛，进而增加了人工成本。与此同时，设计机械手臂运动轨迹或执行动作、以及编写可执行程序的耗时较长，而且需要较长的时间进行反复调试，进而降低了工作效率。

市场上还研发了一些新兴机械手臂，例如由大脑控制的机械手臂，其工作方式为：将控制芯片植入人体大脑内，由用户大脑对机械手臂进行控制。此类机械手臂一般处于研发或小规模使用阶段，主要在医疗等特定领域使用，针对特定人群；该类机械手臂的结构设计和控制程序非常复杂，技术要求高，研发成本极高，同时控制精度、可靠性难以保证，可复制性低，难以批量生产，不能满足工业使用的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：如何根据机械手臂的运动轨迹信息，自动生成机械手臂的可执行程序。本发明不仅降低了人工成本，提高了工作效率，而且可复制性较强，可批量生产，能够满足工业使用的要求。

为达到以上目的，本发明提供的感知记忆型机械手臂，包括机械手臂主体和控制系统，机械手臂主体包括若干运动部件，控制系统包括机械手臂控制模块；所述控制系统还包括数据采集模块、数据存储模块、数据分析模块、以及与所述若干运动部件一一对应的运动轨迹信息传输模块；运动轨迹信息传输模块设置于对应的运动部件上，数据采集模块与所有运动轨迹信息传输模块电连接，数据采集模块与数据存储模块电连接，数据存储模块分别与数据分析模块、机械手臂控制模块电连接；

运动轨迹信息传输模块用于：将机械手臂主体的运动部件的运动轨迹信息传输至数据采集模块；

数据采集模块用于：读取所有运动轨迹信息传输模块的运动轨迹信息，将所有的运动轨迹信息形成运动轨迹数据后，将所有运动轨迹数据传输至数据存储模块；

数据存储模块用于：将数据采集模块传输的所有运动轨迹数据进行存储；将数据分析模块传输的可执行程序进行存储；

数据分析模块用于：根据数据存储模块中的所有运动轨迹数据形成机械手臂的可执行程序后，将可执行程序传输至数据存储模块；

机械手臂控制模块用于：根据数据存储模块中的可执行程序控制机械手臂运动。

在上述技术方案的基础上，所述运动轨迹信息传输模块包括至少1种类型的运动轨迹信息传感器，运动轨迹信息传感器与数据采集模块电连接；运动轨迹信息传感器包括位移传感器、倾角传感器、旋转角度传感器和压力传感器。

在上述技术方案的基础上，所述数据采集模块将所有的运动轨迹信息形成运动轨迹数据的流程为：将所有运动轨迹信息转换为格式统一的运动轨迹数据。

在上述技术方案的基础上，所述数据采集模块为采集控制站或者采集板卡。

在上述技术方案的基础上，所述数据存储模块为磁盘阵列存储器或者计算机硬盘。

本发明提供的感知记忆型机械手臂的使用方法，包括以下步骤：

S1：机械手臂控制模块获取工作模式，若工作模式为输入动作模式，转到S2，若工作模式为执行动作模式，转到S6；

S2：机械手臂控制模块判断机械手臂主体是否处于初始位置，若是，转到S3，否则将机械手臂主体进行复位后重新执行S2；

S3：机械手臂主体开始运动，在运动过程中，数据采集模块将所有运动轨迹信息传输模块的运动轨迹信息转化为运动轨迹数据、并传输至数据存储模块；机械手臂主体停止运动后，转到S4；

S4：机械手臂控制模块判断是否保存数据存储模块中的运动轨迹数据，若是，转到S5，否则数据存储模块清空所有运动轨迹数据，结束；

S5：数据存储模块生成可执行程序文件，机械手臂控制模块为可执行程序文件命名，数据分析模块根据数据存储模块中的所有运动轨迹数据形成机械手臂的可执行程序后，将可执行程序传输至数据存储模块的可执行程序文件，结束；

S6：机械手臂控制模块判断机械手臂主体是否处于初始位置，若是，转到S7，否则将机械手臂主体进行复位后重新执行S6；

S7：机械手臂控制模块获取数据存储模块中的可执行程序文件后，根据可执行文件中的可执行程序控制机械手臂主体运动，结束。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明能够通过控制系统自动采集机械手臂的运动轨迹信息、并根据运动轨迹信息生成可执行程序，此后机械手臂可根据可执行程序自动运动。

与现有技术中在使用前需要编写可执行程序、并进行测试的机械手臂相比，本发明只用在数据分析模块中编写一套用于分析和处理运动轨迹信息传输模块的通用程序，不需要编写可执行程序，进而降低了机械手臂的技术门槛，随之也降低了人工成本。与此同时，因为本发明的可执行程序直接根据实时采集的机械手臂的运动轨迹信息生成，所以该可执行程序必定适配机械手臂；因此，本发明在可执行程序生成后不需要进行调试，进而显著提高了工作效率。

与现有技术中通过大脑进行控制的一类新型机械手臂装置相比，本发明无需将控制芯片植入人体大脑内，本发明的结构、可执行文件的生成方式相对简单，不仅技术要求和研发成本较低，而且控制精度高和可靠性，可复制性较强，可批量生产，能够满足工业使用的要求。

附图说明

图1为本发明实施例中感知记忆型机械手臂的连接框图；

图2为本发明实施例中感知记忆型机械手臂的使用方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例中的感知记忆型机械手臂，包括机械手臂主体和控制系统，机械手臂主体包括若干运动部件(即机械手臂移动时用到的部件)，控制系统包括数据采集模块、数据存储模块、数据分析模块、机械手臂控制模块、以及与机械手臂主体的运动部件一一对应的运动轨迹信息传输模块。运动轨迹信息传输模块设置于对应的运动部件上，数据采集模块与所有运动轨迹信息传输模块电连接，数据采集模块与数据存储模块电连接，数据存储模块分别与数据分析模块、机械手臂控制模块电连接。

运动轨迹信息传输模块用于：将机械手臂主体的运动部件的运动轨迹信息传输至数据采集模块；运动轨迹信息传输模块包括至少1种类型的运动轨迹信息传感器，运动轨迹信息传感器与数据采集模块电连接；运动轨迹信息传感器包括但不限于常见的位移传感器、倾角传感器、旋转角度传感器和压力传感器等。本领域普通技术人员根据现有的机械手臂主体，能够结合本领域的公知常识，自行得出在机械手臂主体运动部件上设置运动轨迹信息传输模块的设置方式：例如若机械手臂主体的运动部件在运动时，只存在直接上下或左右位移，并不会发生旋转，则运动部件对应的运动轨迹信息传输模块仅为位移传感器即可，不需要加上倾角传感器或旋转角度传感器。

数据采集模块可选用工业中常用的采集控制站或者采集板卡，其用于：读取所有运动轨迹信息传输模块的运动轨迹信息，将所有的运动轨迹信息形成运动轨迹数据(将所有运动轨迹信息转换为格式统一的运动轨迹数据)后，将所有运动轨迹数据传输至数据存储模块。将所有运动轨迹信息转换为格式统一的运动轨迹数据的好处为：由于运动轨迹信息传输模块的具体传感器类型可能不同，因此不同传感器的运动轨迹信息格式也可能不同，这里将所有运动轨迹信息转换为格式统一的运动轨迹数据，能够便于后续的统一处理。

数据存储模块可选用常用的磁盘阵列存储器或者计算机硬盘等，其用于：将数据采集模块传输的所有运动轨迹数据进行存储；将数据分析模块传输的可执行程序进行存储。

数据分析模块用于：根据数据存储模块中的所有运动轨迹数据形成机械手臂的可执行程序后，将可执行程序传输至数据存储模块。本领域技术人员在知晓上述所有根据传感器得到的运动轨迹数据的前提下，能够结合本领域的公知常识，自行设计出合理的、能够根据运动轨迹数据形成机械手臂的可执行程序的数据分析模块。

机械手臂控制模块为现有已经存在，其用于：根据数据存储模块中的可执行程序控制机械手臂运动。

参见图2所示，本发明实施例中的感知记忆型机械手臂的使用方法，包括以下步骤：

S1：机械手臂控制模块获取由操作人员输入的工作模式，若工作模式为输入动作模式，转到S2，若工作模式为执行动作模式，转到S6。

S2：机械手臂控制模块判断机械手臂主体是否处于初始位置，若是，转到S3，否则将机械手臂主体进行复位后重新执行S2。

S3：操作人员通过手直接控制机械手臂主体运动，在运动过程中，数据采集模块将所有运动轨迹信息传输模块的运动轨迹信息转化为运动轨迹数据、并传输至数据存储模块；操作人员停止控制机械手臂主体的运动后，转到S4。

S4：机械手臂控制模块判断是否保存数据存储模块中的运动轨迹数据，若是(操作人员点击保存)，转到S5，否则(操作人员点击不保存)数据存储模块清空所有运动轨迹数据，结束。

S5：数据存储模块生成可执行程序文件，机械手臂控制模块为可执行程序文件命名(名称由操作人员输入)，数据分析模块根据数据存储模块中的所有运动轨迹数据形成机械手臂的可执行程序后，将可执行程序传输至数据存储模块的可执行程序文件，结束。

S6：机械手臂控制模块判断机械手臂主体是否处于初始位置，若是，转到S7，否则将机械手臂主体进行复位后重新执行S6。

S7：机械手臂控制模块获取数据存储模块中的可执行程序文件(由操作人员根据文件名指定)后，根据可执行文件中的可执行程序控制机械手臂主体运动，结束。

通过上文可知，本发明的感知记忆型机械手臂，能够通过在输入动作模式下生成的可执行程序，控制机械手臂在执行动作模式下自动运动，该方式类似日常生活中人类学习某项技能时的“手把手教学”的方式，由工作人员通过手直接控制机械手臂的运动轨迹和执行动作，“教”机械手臂运动(在输入动作模式下采集机械手臂的唯一信息)；机械手臂“学”之后(已生成的可执行程序)，循环重复执行学习到的运动和动作(根据可执行程序自动工作)。

需要说明的是：本发明实施例提供的控制系统在进行模块间通信时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

进一步，本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种感知记忆型机械手臂，包括机械手臂主体和控制系统，机械手臂主体包括若干运动部件，控制系统包括机械手臂控制模块；其特征在于，所述控制系统还包括数据采集模块、数据存储模块、数据分析模块、以及与所述若干运动部件一一对应的运动轨迹信息传输模块；运动轨迹信息传输模块设置于对应的运动部件上，数据采集模块与所有运动轨迹信息传输模块电连接，数据采集模块与数据存储模块电连接，数据存储模块分别与数据分析模块、机械手臂控制模块电连接；

运动轨迹信息传输模块用于：将机械手臂主体的运动部件的运动轨迹信息传输至数据采集模块；

数据采集模块用于：读取所有运动轨迹信息传输模块的运动轨迹信息，将所有的运动轨迹信息形成运动轨迹数据后，将所有运动轨迹数据传输至数据存储模块；

数据存储模块用于：将数据采集模块传输的所有运动轨迹数据进行存储；将数据分析模块传输的可执行程序进行存储；

数据分析模块用于：根据数据存储模块中的所有运动轨迹数据形成机械手臂的可执行程序后，将可执行程序传输至数据存储模块；

机械手臂控制模块用于：根据数据存储模块中的可执行程序控制机械手臂运动。

2.如权利要求1所述的感知记忆型机械手臂，其特征在于：所述运动轨迹信息传输模块包括至少1种类型的运动轨迹信息传感器，运动轨迹信息传感器与数据采集模块电连接；运动轨迹信息传感器包括位移传感器、倾角传感器、旋转角度传感器和压力传感器。

3.如权利要求1所述的感知记忆型机械手臂，其特征在于：所述数据采集模块将所有的运动轨迹信息形成运动轨迹数据的流程为：将所有运动轨迹信息转换为格式统一的运动轨迹数据。

4.如权利要求1至3任一项所述的感知记忆型机械手臂，其特征在于：所述数据采集模块为采集控制站或者采集板卡。

5.如权利要求1至3任一项所述的感知记忆型机械手臂，其特征在于：所述数据存储模块为磁盘阵列存储器或者计算机硬盘。

6.一种权利要求1至5任一项所述的感知记忆型机械手臂的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：机械手臂控制模块获取工作模式，若工作模式为输入动作模式，转到S2，若工作模式为执行动作模式，转到S6；

S2：机械手臂控制模块判断机械手臂主体是否处于初始位置，若是，转到S3，否则将机械手臂主体进行复位后重新执行S2；

S3：机械手臂主体开始运动，在运动过程中，数据采集模块将所有运动轨迹信息传输模块的运动轨迹信息转化为运动轨迹数据、并传输至数据存储模块；机械手臂主体停止运动后，转到S4；

S4：机械手臂控制模块判断是否保存数据存储模块中的运动轨迹数据，若是，转到S5，否则数据存储模块清空所有运动轨迹数据，结束；

S5：数据存储模块生成可执行程序文件，机械手臂控制模块为可执行程序文件命名，数据分析模块根据数据存储模块中的所有运动轨迹数据形成机械手臂的可执行程序后，将可执行程序传输至数据存储模块的可执行程序文件，结束；

S6：机械手臂控制模块判断机械手臂主体是否处于初始位置，若是，转到S7，否则将机械手臂主体进行复位后重新执行S6；

S7：机械手臂控制模块获取数据存储模块中的可执行程序文件后，根据可执行文件中的可执行程序控制机械手臂主体运动，结束。