CN108356806A - 模块化机器人控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模块化机器人领域，尤其涉及一种模块化机器人控制方法及系统。本发明的模块化机器人控制方法及系统可以让用户随意地组装构型且设计控制该组装构型执行动作的控制信息，极大地提高了模块化机器人的使用方便性，而且增大了模块化机器人的设计空间使其适用于更多的场景。

Description

模块化机器人控制方法及系统

【技术领域】

本发明涉及模块化机器人领域，尤其涉及一种模块化机器人控制方法及系统。

【背景技术】

机器人已广泛用于生活及工业领域，如教学中用于锻炼学生的开拓思维能力，如自动化生产中用于焊接、喷涂、装配、搬运等作业。尽管机器人作为执行系统具有很大的灵活性和弹性，其可完成不同的工作任务，但现有的机器人往往针对特定的使用目的和场合，只有一种主要功能，自由度和构型都固定不变，缺乏功能的扩展性和构型的重构性。此外，针对每一领域和每项应用都开发特定的机器人所花费的代价很大，严重制约机器人的推广应用。因此，可重构机器人应运而生。

可重构机器人通常都是由主模块以及多个基础模块组合得到的，其中多个基础模块的外形结构都相同，都设置有连接面来实现组合，但是用户在组合模块机器人的过程中无法验证组合结构是否正确，给用户带来大量的重复组装工作，造成很差的使用体验感。

【发明内容】

针对上述问题，本发明提供一种模块化机器人控制方法及系统。

本发明解决技术问题的方案是提供一种模块化机器人控制方法，所述模块化机器人控制方法包括以下步骤：

T1：提供多个模块单元；

T2：组装多个模块单元为初始实体结构；

T3：获取初始实体结构的初始虚拟构型信息；

T4：根据初始虚拟构型信息生成初始虚拟构型；

T5：设定动作帧以生成预设动作控制信息；及

T6：将预设动作控制信息传输至模块化机器人，模块化机器人按照预设动作控制信息执行运动。

优选地，所述模块单元包括两个可相对旋转的两个子模块，所述步骤T5具体包括以下步骤：

T51：控制一个或多个模块单元的两个子模块之间相对旋转以生成一个或多个运动帧；

T52：存储所述一个或多个运动帧；及

T53：根据所述一个或多个运动帧生成预设动作控制信息。

优选地，在步骤T51中是控制初始实体结构中的一个或多个模块单元的两个子模块之间相对旋转或者是控制初始虚拟构型中的一个或多个模块单元的两个子模块之间相对旋转。

优选地，所述步骤T53具体为：

对一个或多个运动帧进行增加、删减或者编辑以生成预设动作控制信息。

优选地，编辑动作帧包括编辑转动时间、转动速度、转动角度和转动方向中的一种或多种。

优选地，所述初始虚拟构型信息包括多个模块单元的模块种类信息、模块数量信息、位置信息和两个子模块之间的初始角度信息中的一种或多种。

优选地，多个模块单元中可以包含多个相同或不同的模块单元，所述模块单元包括两个可相对运动的子模块，每个子模块包括至少一对接部，每个对接部具有唯一的接口标识信息，所述获取初始实体结构的多个模块单元的位置信息具体为：

模块单元识别与其连接的相邻模块单元的对接部的接口标识信息，并根据相邻模块单元的对接部的接口标识信息和其自身与相邻模块单元进行连接的对接部的接口标识信息得到其位置信息。

优选地，所述多个模块单元包括至少一可与远程终端进行通信的模块单元，当多个模块单元包括多个不同的模块单元时，所述多个模块单元包括一细胞主体和至少一细胞单体，界定与远程终端进行通信的模块单元为细胞主体，与细胞主体直接连接的细胞单体为一级细胞单体，所述获取初始实体结构的多个模块单元的位置信息包括以下步骤：

T31：细胞主体通过对接部传输信号至与之连接的一级细胞单体；

T32：一级细胞单体接收到信号之后进行面识别以获得细胞主体发送信号的对接部的接口标识信息，一级细胞单体将细胞主体发送信号的对接部的接口标识信息和其自身接收信号的对接部的接口标识信息一并传输至细胞主体以获得一级细胞单体的位置信息。

优选地，界定与一级细胞单体连接的细胞单体为二级细胞单体，与M级细胞单体连接的细胞单体为(M+1)级细胞单体，M为大于等于1的整数，所述获取初始实体结构的多个模块单元的位置信息进一步包括以下步骤：

T33：M级细胞单体发出信号至(M+1)级细胞单体；

T34：(M+1)级细胞单体接收到信号之后进行面识别以获得M级细胞单体发送信号的对接部的接口标识信息，(M+1)级细胞单体将M级细胞单体发送信号的对接部的接口标识信息和其自身接收信号的对接部的接口标识信息一并传输至细胞主体。

优选地，细胞主体或细胞单体同时发送不同的电信号至多个下一级细胞单体时，多个下一级细胞单体根据细胞主体或者上级细胞单体传送不同电信号的对接部的接口标识信息分时序回复其位置信息至细胞主体；或者细胞主体或细胞单体分时序发送相同或不同的电信号至多个下一级细胞单体，多个下一级细胞单体根据接收电信号的时序依次回复其位置信息至细胞主体。

优选地，所述细胞单体在执行动作的过程中实时监测其两个子模块之间的相对角度信息，并根据检测结果判断动作是否执行完成。

本发明还提供一种模块化机器人控制系统，其用于控制由多个模块单元拼接的的初始实体结构，所述多个模块单元包括一可与远程终端进行通信的模块单元，所述模块化机器人控制系统包括

储存模块，用于储存初始实体结构的初始虚拟构型信息；

构型生成模块，用于根据初始虚拟构型信息生成模块化机器人的初始虚拟构型；

动作生成模块，用于生成预设动作控制信息；及

传输模块，用于将预设动作控制信息传输至模块化机器人使其按照预设动作控制信息执行。

本发明还提供一种模块化机器人控制系统，所述模块化机器人控制系统包括：

模块化机器人，其由多个模块单元组装而成，具有初始实体结构；

存储器，以及一个或多个程序，其中一个或多个所述程序被存储在所述存储器中，存储器与模块单元进行通信，所述程序用于以执行以下步骤指令：

获取并储存初始实体结构的初始虚拟构型信息；

根据初始虚拟构型信息生成模块化机器人的初始虚拟构型；

设定动作帧以生成预设动作控制信息；及

将预设动作控制信息传输至模块化机器人。

优选地，所述多个模块单元包括一细胞主体和至少一细胞单体，每个对接部具有唯一的接口标识信息，界定与细胞主体直接连接的细胞单体为一级细胞单体，所述获取初始实体结构的初始虚拟构型信息具体包括以下步骤：

细胞主体通过对接部传输信号至与之连接的一级细胞单体；

一级细胞单体接收到信号之后进行面识别以获得细胞主体发送信号的对接部的接口标识信息，一级细胞单体将细胞主体发送信号的对接部的接口标识信息和其自身接收信号的对接部的接口标识信息一并传输至细胞主体以获得一级细胞单体的位置信息。

与现有技术相比，本发明的模块化机器人控制方法，其包括以下步骤：T1：提供多个模块单元；T2：组装多个模块单元为初始实体结构；T3：获取初始实体结构的初始虚拟构型信息；T4：根据初始虚拟构型信息生成初始虚拟构型；T5：设定动作帧以生成预设动作控制信息；及T6：将预设动作控制信息传输至模块化机器人，模块化机器人按照预设动作控制信息执行运动。本发明的模块化机器人的控制方法可以使用户随意地组装构型且设计控制该组装构型执行动作的控制信息，极大地提高了模块化机器人的使用方便性，而且增大了模块化机器人的设计空间使其适用于更多的场景。

另外的，可以编辑运动帧的转动时间、转动速度、转动角度和转动方向中的一种或多种，针对控制动作信息可进行多种参数的调整，更加丰富了模块化机器人的设计空间。

另外的，该方法中通过面识别可以精确获得每一个模块单元的位置，简单快速且硬件要求低。

本发明的模块化机器人的控制系统同样具有上述优点。

【附图说明】

图1是本发明第一实施例的模块化机器人控制方法的流程示意图。

图2是本发明第一实施例的模块化机器人控制方法中步骤T3的子流程示意图。

图3是本发明第一实施例的模块化机器人控制方法中步骤T5的子流程示意图。

图4是本发明第一实施例的角度测量装置的爆炸结构示意图。

图5是本发明第一实施例的转动轴的立体结构示意图。

图6是本发明第一实施例的感测器的立体结构示意图。

图7是本发明第一实施例的感测器的测量原理示意图。

图8是本发明第二实施例的模块化机器人控制系统的模块结构示意图。

图9是本发明第三实施例的模块化机器人控制系统的模块结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

第一实施例

请参考图1，本发明的第一实施例还提供一种模块化机器人控制方法，所述模块化机器人包括至少两个模块单元，每个模块单元包括两个可相对运动的子模块，比如两个子模块可相对转动，优选为每个模块单元由两个可进行相对旋转运动的上下半球构成，每个子模块包括至少一对接部，每个对接部上设置有一接口，每个接口具有唯一的接口标识信息，模块单元与模块单元之间通过对接部连接。可以理解，当每个子模块包括至少二对接部时，两个模块单元通过各自的一个对接部连接，在两个模块单元的连接位置处形成一虚拟连接面，两个模块单元基于虚拟连接面可进行转动，两个模块单元中的至少一个模块单元上的至少另一个对接部所在的平面与该虚拟连接面相交。

为了便于后续的说明和理解，在此做出以下定义，构型信息包括但不限于模块种类信息、位置信息、模块数量信息和两个子模块之间的初始角度信息中的一种或者多种，构型信息是用来定义相邻模块单元之间的连接关系的信息，其中位置信息用来记录相邻模块单元进行连接的两个对接部的接口标识信息，而每个对接部的接口标识信息即代表着该对接部在其所在的模块单元上的位置，故而每个模块单元的位置信息即代表着其在一个三维空间构型或者平面构型中的绝对位置；同一类别的模块单元设置有相同的模块种类标识，例如：细胞主体都具有相同的模块种类标识，细胞单体具有相同的模块种类标识，且细胞主体的模块种类标识与细胞单体的模块种类标识是不一致的，当细胞单体存在多个类别时，每个类别的细胞单体具有同样的模块种类标识，不同类别的细胞单体的模块种类标识不同，从而通过识别模块种类标识就可以得知模块单元的模块种类信息；两个子模块之间的初始角度信息指的是模块单元上下两个子模块之间的相对角度值；模块数量信息指的模块单元的数量。相邻两个模块单元之间识别其相互连接的两个对接部的接口标识信息的过程就是面识别的过程，通过进行面识别即可获得模块单元的位置信息。可以理解，此处的定义同样适用于本说明书的其他实施例。

所述模块化机器人控制方法包括以下步骤：

T1：提供多个模块单元；

T2：组装多个模块单元为初始实体结构；

T3：获取初始实体结构的初始虚拟构型信息；

T4：根据初始虚拟构型信息生成模块化机器人的初始虚拟构型；

T5：设定动作帧以生成预设动作控制信息；及

T6：将预设动作控制信息传输至模块化机器人，模块化机器人按照预设动作控制信息执行运动。

可以理解，所述步骤S1中，提供的多个模块单元中可以包含至少一个与远程终端进行通信的模块单元，从而实现模块化机器人与远程终端之间的通信。另外，当模块化机器人无需与远程终端进行通信，其自身可进行后续步骤的操作时，则提供的多个模块单元中包含至少一可执行后续步骤的模块单元。

可以理解，在所述步骤T2中，将多个模块单元组装成为一模块化机器人，模块化机器人的具体结构为初始实体结构。

可以理解，在所述步骤T3中，可以是上传初始实体结构至远程终端以获取初始实体结构的初始虚拟构型信息，至少一个模块单元将组装好的模块化机器人的初始实体结构上传至远程终端，远程终端获得该初始实体结构的初始虚拟构型信息；或者是多个模块单元中的至少一模块单元获取初始实体结构的初始虚拟构型信息后储存起来，而不是传输至远程终端。所述初始虚拟构型信息包括位置信息、模块种类信息、模块数量信息、上下两个子模块之间的初始角度信息和其他定义相邻模块单元之间连接关系的信息中的一种或多种。模块单元通过无线传输的方式将其自身的模块种类信息传输至细胞主体；在所有的模块单元将其位置信息传输至远程终端后，远程终端即获得初始实体结构的模块数量信息；模块单元对其上下两个子模块的初始角度进行检测并将其初始角度信息无线传输至远程终端。

请参考图2，初始实体结构的多个模块单元中可以包含多个相同或不同的的模块单元，多个模块单元包括至少一个可与远程终端通信的模块单元，当初始实体结构的多个模块单元包括多个不同的模块单元时，例如多个模块单元包括一个细胞主体和至少一细胞单体，细胞主体用于与远程终端通信，界定与细胞主体直接连接的细胞单体为一级细胞单体，与一级细胞单体连接的细胞单体为二级细胞单体，与M级细胞单体连接的细胞单体为(M+1)级细胞单体，M为大于等于1的整数。所述获取初始实体结构的初始虚拟构型信息具体包括以下步骤：

T31：细胞主体通过对接部传输信号至与之连接的一级细胞单体；

T32：一级细胞单体接收到信号之后进行面识别以获得细胞主体发送信号的对接部的接口标识信息，一级细胞单体将细胞主体发送信号的对接部的接口标识信息和其自身接收信号的对接部的接口标识信息一并传输至细胞主体以获得一级细胞单体的位置信息；

T33：M级细胞单体发出信号至(M+1)级细胞单体；及

T34：(M+1)级细胞单体接收到信号之后进行面识别以获得M级细胞单体发送信号的对接部的接口标识信息，(M+1)级细胞单体将M级细胞单体发送信号的对接部的接口标识信息和其自身接收信号的对接部的接口标识信息一并传输至细胞主体。

可以理解，细胞主体传输至一级细胞单体的信号和M级细胞单体传输至(M+1)级细胞单体的信号优选为电信号，也可以是无线信号。当初始实体结构中只有细胞主体和一级细胞单体时，所述步骤T33和步骤T34可以省略。

当初始实体结构的多个模块单元包括多个相同的模块单元时，界定其中一个模块单元为主模块单元，即上述的细胞主体，与主模块单元直接连接的模块单元为一级细胞单体，与一级细胞单体连接的模块单元为二级细胞单体，与M级细胞单体连接的模块单元为(M+1)级细胞单体，M为大于等于1的整数，同样执行上述步骤T31～T34。作为一种变形，多级细胞单体可以直接将各自的位置信息直接传输至远程终端，而不用再传输给主模块单元。

总而言之，获取初始实体结构的多个模块单元的位置信息的过程为：模块单元识别与其连接的相邻模块单元的对接部的接口标识信息，并根据相邻模块单元的对接部的接口标识信息和其自身与相邻模块单元进行连接的对接部的接口标识信息得到其位置信息。

另外，在执行步骤T31之前或者同时执行以下步骤

步骤T30：细胞主体发出广播信号通知各个细胞单体准备进行面识别。可以理解，模块单元与模块单元之间可以进行无线通信，其无线通信的方式可以是wifi通信、蓝牙通信或者zigbee通信，优选为zigbee通信。细胞主体先广播信号通知每个细胞单体进入面识别准备状态，等到每个细胞单体接收到电信号之后即进行面识别动作。

在所述步骤T31中，细胞主体上的每个对接部发送不同的电信号至多个一级细胞单体，在步骤T32中，多个一级细胞单体根据接收到的电信号的不同来获得与之连接的细胞主体的对接部的接口标识信息，每个一级细胞单体将细胞主体传输电信号的对接部的接口标识信息和其自身接收电信号的对接部的接口标识信息一并回复给细胞主体，细胞主体通过算法计算得到该一级细胞单体的位置信息，多个一级细胞单体执行同样的动作后，细胞主体得到多个一级细胞单体的位置信息。同理，在步骤T33和T34中，M级细胞单体上的每个对接部发送不同的电信号至多个(M+1)级细胞单体，多个(M+1)级细胞单体根据接收到的电信号的不同来获得与之连接的M级细胞单体的对接部的接口标识信息，每个(M+1)级细胞单体将M级细胞单体传输电信号的对接部的接口标识信息和其自身接收电信号的对接部的接口标识信息回复给细胞主体，细胞主体通过算法计算得到该(M+1)级细胞单体的位置信息，多个(M+1)级细胞单体执行同样的动作后，细胞主体得到多个(M+1)级细胞单体的位置信息。经过一系列的面识别之后，细胞主体即获得所有细胞单体的位置信息从而获得初始实体结构的构型信息。

可以理解，细胞主体或细胞单体同时发送不同的电信号至多个下一级细胞单体时，多个下一级细胞单体根据细胞主体或者上级细胞单体传送不同电信号的对接部的接口标识信息分时序回复其位置信息至细胞主体；或者细胞主体或细胞单体分时序发送相同或不同的电信号至多个下一级细胞单体，多个下一级细胞单体根据接收电信号的时序依次回复其位置信息至细胞主体。例如：细胞主体上设置有两个对接部，接口标识信息分别定义为1和2，细胞主体同时发送两个不同的电信号至与之连接的两个一级细胞单体，设定与对接部1相连接的一级细胞单体先回复其位置信息，等待10s后(具体的时间可以自行调整)，与对接部2相连接的一级细胞单体再回复其位置信息。

另外，在所述步骤T32a和T33a之间进一步包括

步骤T32a：细胞主体停止发送电信号，并通知与细胞主体直接连接的一级细胞单体发送电信号至与一级细胞单体连接的二级细胞单体。可以理解，在所述步骤S22a中，细胞主体优选是通过广播信号的形式通知一级细胞单体的。可以理解，在M级细胞单体发送电信号之前，细胞主体按照M级细胞单体的多个对接部的接口标识信息通过广播信号的方式分时序控制M级细胞单体发送电信号至多个(M+1)级细胞单体，该M级细胞单体发送至多个(M+1)级细胞单体的电信号可以是相同或者不同的，优选为M级细胞单体的多个对接部发送不同的电信号。

另外，在所述步骤T32和T34中，细胞主体在接收细胞单体传输过来的位置信息后对各个细胞单体进行单独编号，并将每个细胞单体的位置信息与编号关联存储。在细胞主体与远程终端进行通信时，细胞主体将每个细胞单体的位置信息及其编号传输至远程终端。远程终端发送动作控制信息给细胞主体后，细胞主体根据不同编号对控制信息进行分解并将分解后的控制信息按照编号对应地传输给各个细胞单体。

可以理解，在所述步骤T4中，可以是远程终端或者步骤T3中存储有初始虚拟构型信息的模块单元根据初始虚拟构型信息生成模块化机器人的初始虚拟构型。其中远程终端根据获得的初始虚拟构型信息通过三维仿真或者三维建模等方式生成模块化机器人的初始虚拟构型。

请参考图3，所述步骤T5具体包括以下步骤：

T51：控制一个或多个模块单元的两个子模块之间相对旋转以生成一个或多个运动帧；

T52：存储所述一个或多个运动帧；及

T53：根据所述一个或多个运动帧生成预设动作控制信息。

可以理解，在所述步骤T51和T52中，控制一个或多个模块单元的两个子模块之间相对旋转可以是在初始实体结构中执行的，也可以是在初始虚拟构型中执行的。例如，可以在模块化机器人实体构型上控制一个细胞单体的两个子模块相对转动一定角度，该细胞单体可以检测到两个子模块相对转动的角度值并传输至细胞主体，细胞主体将该角度值和该细胞单体的编号和/或该细胞单体的位置信息一并传输至远程终端，远程终端根据该细胞单体的编号和/或该细胞单体的位置信息确定该细胞单体的身份，并调取该细胞单体的两个子模块的初始角度信息再结合该转动角度值计算得到转动后两个子模块之间的相对角度信息，并将从初始角度位置转到当前角度位置的过程保存为一个动作帧；再转动另一个细胞单体的两个子模块，或者继续转动同一个细胞单体的两个子模块，经过同样的信息传输和计算处理，远程终端保存为另一个动作帧，进而形成多个运动帧。还例如：可以在远程终端生成的模块化机器人的初始虚拟构型中选定一个或多个模块单元的两个子模块转动一定的角度并保存为一个运动帧，再继续选择另一个细胞单体或同一个细胞单体转动一定的角度来形成另一个动作帧，从而得到多个运动帧。

可以理解，所述步骤T53具体为：

对一个或多个运动帧进行增加、删减或者编辑以生成预设动作控制信息。可以理解，在远程终端中可以针对每个动作帧的转动时间、转动速度、转动角度和转动方向中的一种或多种进行编辑。例如：在远程终端的操作界面上可以选定一个或多个运动帧，选择其中一个运动帧后，可以对该运动帧的转动角度、转动方向、转动时间、转动速度中的一种或多种参数进行编辑，或者还可以针对多个运动帧的排序进行编辑，最终生成预设动作控制信息。

在所述步骤T6中，远程终端将预设动作控制信息传输至细胞主体后，细胞主体按照不同细胞单体的编号对该预设动作控制信息进行分解，并按照不同的编号分别将分解后的部分预设动作控制信息传输至对应的细胞单体，细胞单体接收到部分预设动作控制信息后执行动作。可以理解，所述细胞单体在执行动作的过程中实时监测其两个子模块之间的相对角度信息，并根据检测结果判断动作是否执行完成。优选的，当细胞单体判断动作执行完成后，细胞单体传输信号至细胞主体，细胞主体将该信号传输至远程终端以告知该细胞单体已完成动作；或者细胞单体直接传输信号至远程终端。

请再参考图1，另外，所述模块化机器人控制方法还包括以下步骤：

T7：存储该初始虚拟构型、初始虚拟构型信息及预设动作控制信息。在生成预设动作控制信息之后，将初始虚拟构型、初始虚拟构型信息及预设动作控制信息关联存储到数据库中，以后可根据数据库中存储的初始虚拟构型进行组装，将组装后的构型与数据库中存储的初始虚拟构型进行比对并进行校正，当组装后构型的构型信息与数据库中存储的初始虚拟构型信息一致时，可以直接从数据库中调取对应关联的预设动作控制信息来执行动作；或者当数据库中存储了足够多的初始虚拟构型时，将随意组装后构型的构型信息与数据库中的初始虚拟构型信息去进行一一匹配，当随意组装后构型的构型信息与某一初始虚拟构型信息相同时，可以直接从数据库中调取对应关联的预设动作控制信息来执行动作。

请一并参考图4和图5，每个细胞单体上设置有一角度测量装置101，其包括转动轴104和感测器103，转动轴104包括相对的第一端1041和第二端1043，转动轴104的第一端1041和感测器103连接，转动轴104的第二端1043与其中一个子模块连接，感测器103与另一个子模块连接，从而两个子模块之间的转动可以被感测器103检测到。转动轴104的第一端1041横截面形状优选大致呈“D字形”，转动轴104和感测器103连接时插入感测器103，能起到防呆作用，在转动轴104去掉时，再次安装转动轴104，还需要从同一个角度安装。转动轴104的第二端1043优选呈指针型，转动轴104和模块单元的其中一子模块连接时，也起到防呆作用，在转动轴104去掉时，再次安装转动轴104，还需要从同一个角度安装。从而使与转动轴104连接的子模块和感测器103适中保持同一个角度，细胞单体拆开后，再组装时不用重新调整。可以理解，转动轴104的第一端1041和第二端1043的形状并不是完全限定实施例中的形状，也可以做成其他防呆结构，达到防呆的效果即可。防呆结构是本领域技术人员很容易想到的变形，本实施例不再进一步举例进行说明。

请一并参考图6和图7，感测器103包括角度测量电路板1031、第一电位器1032和第二电位器1033，第一电位器1032和第二电位器1033电性并联，两个电位器的死区部分互不覆盖，角度测量电路板1031设置在第一电位器1032和第二电位器1033之间，第一电位器1032和第二电位器1033都和角度测量电路板1031连接，第一电位器1032和第二电位器1033还都和角度测量电路板1031电性连接。第一电位器1032包括第一电阻器1034和第一滑动器1035，第二电位器1033包括第二电阻器1036和第二滑动器1037。

第一滑动器1035的端点在第一电阻器1034上滑动，第二滑动器1037的端点在第二电阻器1036上滑动，第一滑动器1035和第二滑动器1037之间通过绝缘材料固定连接。第一滑动器1035和第二滑动器1037共用同一转轴，即第一滑动器1035、第二滑动器1037都和转动轴104第一端1041连接，并以转动轴104为中心转动。第一电阻器1034的死区部分被第二电阻器1036的非死区部分覆盖，第二电阻器1036的死区部分被第一电阻器1034的非死区部分覆盖。

角度测量电路板1031集成有第一电位器1032和第二电位器1033的输入输出端口。输入输出端口包括电阻器连接电压Vcc的端口、接地端口、以及滑动器的输出端口。可以理解，角度测量电路板1031也可以不设置，第一电位器1032和第二电位器1033直接与细胞单体的主电路板(图未示)电性连接，在主电路板上集成角度测量电路板1031的功能模块。

为了更加精确地测量，本发明实施例中定义电位器的死区部分包括两段区域：1、单电位器无法直接测量的区域，也就是电阻器两个端点之间的区域，例如图7中劣弧AOD；2、单电位器两段靠近端点部分测量精度不高的区域，例如图7中劣弧AOB和劣弧COD，其中测量精度不高的区域的两个临界端点B和C对应滑动器输出的最小电压和最大电压。则图7中第一电位器1032的死区部分定义为劣弧BOC区域。

本发明的基于双电位器的无死区角度测量装置101的360度角度测量的原理是如下实现的：

标记两个滑动器共用转轴的中心为O，第一电阻器1034连接电压Vcc的一端标记为D，第一电阻器1034接地的一端标记为A，第二电阻器1036接地的一端标记为G。设选用第一电位器1032所输出的最小电压和最大电压分别为Vmin和Vmax，其中Vmin～Vmax是第一电位器1032测量第一滑动器1035转动角度测量精度较高的输出电压范围。设当第一滑动器1035的直流电压输出为Vmin时，第一滑动器1035在第一电阻器1034上的点为B，同时第二滑动器1037在第二电阻器1036上的点为F。设当第一滑动器1035的直流电压输出为Vmax时，第一滑动器1035在第一电阻器1034上的点为C，同时第二滑动器1037在第二电阻器1036上的点为E。

设∠AOB＝φ0，C点对应的第一滑动器1035的直流电压输出为Vmax，则有：

φ0＝Vmink1---(2)]]>

其中，k1为第一电阻器103411的角度分压系数。

并且规定射线OBF为角度测量的零初始线，即当第一滑动器1035与第二滑动器1037与OBF重合时，规定此时测量的角度φ为0。当第一滑动器1035测得的电压值V1满足下式(3)时：

Vmin≤V1≤Vmax(3)

即第一滑动器1035在优弧BOC上滑动时，此时利用第一电阻器1034的电阻分压原理，测得的角度φ由下式(4)表示：

φ＝V1k1-φ0---(4)]]>

当第一滑动器1035测得的电压值V1不满足式(3)时，即第一滑动器1035不在优弧BOC上滑动时，此时第二滑动器1037刚好在第二电阻器1036的劣弧EOF上滑动。测得第二滑动器1037的直流输出电压为V2，利用第二电阻器1036上的电阻分压原理，可以得到此时测得的角度φ由下式(5)表示：

φ＝V2k2-∠EOG+Vmaxk1-φ0---(5)]]>

其中k2为第二电阻器103621的角度分压系数。

根据第二滑动器1037在E点处输出的电压VEOG，从而可获得下列公式：

根据第一电位器1032输出的最小电压和最大电压，第一电位器1032的死区部分为劣弧BOC区域，则设置第二电位器1033的非死区部分覆盖劣弧BOC区域。

基于所述的无死区角度测量装置101，本发明提供的无死区角度测量方法，具体是：

(1)测量获得∠AOB和∠EOG；

(2)获取第一滑动器1035的输出电压V1，判断V1是否满足式(3)；若满足，根据式(4)确定角度φ；若不满足，获取第二滑动器1037的输出电压V2，然后根据式(5)确定角度φ。

第二实施例

请参考图8，本发明的第二实施例还提供一种模块化机器人控制系统30，其用于控制由多个模块单元拼接的的初始实体结构，所述模块化机器人控制系统30包括：

储存模块31，用于储存初始实体结构的初始虚拟构型信息；

构型生成模块33，用于根据初始虚拟构型信息生成模块化机器人的初始虚拟构型；

动作生成模块35，用于生成预设动作控制信息；及

传输模块37，用于将预设动作控制信息传输至模块化机器人使其按照预设动作控制信息执行。

其中储存模块31与模块化机器人连接以存储初始实体结构的初始虚拟构型信息，构型生成模块33与储存模块31连接以从储存模块31中获取初始虚拟构型信息从而生成模块化机器人的初始虚拟构型，动作生成模块35与构型生成模块33连接以获得初始虚拟构型，并根据初始虚拟构型生成预设动作控制信息，传输模块37和动作生成模块35及模块化机器人连接，传输模块37从动作生成模块35中获取到预设动作控制信息后传输至模块化机器人，模块化机器人按照该预设动作控制信息执行动作。

第三实施例

请参考图9，本发明的第三实施例还提供一种模块化机器人控制系统，所述模块化机器人控制系统包括：

模块化机器人41，其由多个模块单元组装而成，具有初始实体结构；

存储器43，以及一个或多个程序，其中一个或多个所述程序被存储在所述存储器中，存储器与模块单元进行通信，所述程序用于以执行以下步骤指令：

获取并储存初始实体结构的初始虚拟构型信息；

根据初始虚拟构型信息生成模块化机器人的初始虚拟构型；

设定动作帧以生成预设动作控制信息；及

将预设动作控制信息传输至模块化机器人。

另外，所述多个模块单元包括一细胞主体和至少一细胞单体，每个对接部具有唯一的接口标识信息，界定与细胞主体直接连接的细胞单体为一级细胞单体，所述获取初始实体结构的初始虚拟构型信息具体包括以下步骤：

细胞主体通过对接部传输信号至与之连接的一级细胞单体；

一级细胞单体接收到信号之后进行面识别以获得细胞主体发送信号的对接部的接口标识信息，一级细胞单体将细胞主体发送信号的对接部的接口标识信息和其自身接收信号的对接部的接口标识信息一并传输至细胞主体以获得一级细胞单体的位置信息。

与现有技术相比，本发明的模块化机器人控制方法，其包括以下步骤：T1：提供多个模块单元；T2：组装多个模块单元为初始实体结构；T3：获取初始实体结构的初始虚拟构型信息；T4：根据初始虚拟构型信息生成初始虚拟构型；T5：设定动作帧以生成预设动作控制信息；及T6：将预设动作控制信息传输至模块化机器人，模块化机器人按照预设动作控制信息执行运动。本发明的模块化机器人的控制方法可以使用户随意地组装构型且设计控制该组装构型执行动作的控制信息，极大地提高了模块化机器人的使用方便性，而且增大了模块化机器人的设计空间使其适用于更多的场景。

另外的，可以编辑运动帧的转动时间、转动速度、转动角度和转动方向中的一种或多种，针对控制动作信息可进行多种参数的调整，更加丰富了模块化机器人的设计空间。

另外的，该方法中通过面识别可以精确获得每一个模块单元的位置，简单快速且硬件要求低。

本发明的模块化机器人的控制系统同样具有上述优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种模块化机器人控制方法，其特征在于：所述模块化机器人控制方法包括以下步骤：

T1：提供多个模块单元；

T2：组装多个模块单元为初始实体结构；

T3：获取初始实体结构的初始虚拟构型信息；

T4：根据初始虚拟构型信息生成初始虚拟构型；

T5：设定动作帧以生成预设动作控制信息；及

T6：将预设动作控制信息传输至模块化机器人，模块化机器人按照预设动作控制信息执行运动。

2.如权利要求1所述的模块化机器人控制方法，其特征在于：所述模块单元包括两个可相对旋转的两个子模块，所述步骤T5具体包括以下步骤：

T51：控制一个或多个模块单元的两个子模块之间相对旋转以生成一个或多个运动帧；

T52：存储所述一个或多个运动帧；及

T53：根据所述一个或多个运动帧生成预设动作控制信息。

3.如权利要求2所述的模块化机器人控制方法，其特征在于：在步骤T51中是控制初始实体结构中的一个或多个模块单元的两个子模块之间相对旋转或者是控制初始虚拟构型中的一个或多个模块单元的两个子模块之间相对旋转。

4.如权利要求1所述的模块化机器人控制方法，其特征在于：所述步骤T53具体为：

对一个或多个运动帧进行增加、删减或者编辑以生成预设动作控制信息。

5.如权利要求4所述的模块化机器人控制方法，其特征在于：编辑动作帧包括编辑转动时间、转动速度、转动角度和转动方向中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的模块化机器人控制方法，其特征在于：所述初始虚拟构型信息包括多个模块单元的模块种类信息、模块数量信息、位置信息和两个子模块之间的初始角度信息中的一种或多种。

7.如权利要求6所述的模块化机器人控制方法，其特征在于：多个模块单元中可以包含多个相同或不同的模块单元，所述模块单元包括两个可相对运动的子模块，每个子模块包括至少一对接部，每个对接部具有唯一的接口标识信息，所述获取初始实体结构的多个模块单元的位置信息具体为：

模块单元识别与其连接的相邻模块单元的对接部的接口标识信息，并根据相邻模块单元的对接部的接口标识信息和其自身与相邻模块单元进行连接的对接部的接口标识信息得到其位置信息。

8.如权利要求7所述的模块化机器人控制方法，其特征在于：所述多个模块单元包括至少一可与远程终端进行通信的模块单元，当多个模块单元包括多个不同的模块单元时，所述多个模块单元包括一细胞主体和至少一细胞单体，界定与远程终端进行通信的模块单元为细胞主体，与细胞主体直接连接的细胞单体为一级细胞单体，所述获取初始实体结构的多个模块单元的位置信息包括以下步骤：

T31：细胞主体通过对接部传输信号至与之连接的一级细胞单体；

T32：一级细胞单体接收到信号之后进行面识别以获得细胞主体发送信号的对接部的接口标识信息，一级细胞单体将细胞主体发送信号的对接部的接口标识信息和其自身接收信号的对接部的接口标识信息一并传输至细胞主体以获得一级细胞单体的位置信息。

9.如权利要求8所述的模块化机器人控制方法，其特征在于：界定与一级细胞单体连接的细胞单体为二级细胞单体，与M级细胞单体连接的细胞单体为(M+1)级细胞单体，M为大于等于1的整数，所述获取初始实体结构的多个模块单元的位置信息进一步包括以下步骤：

T33：M级细胞单体发出信号至(M+1)级细胞单体；

T34：(M+1)级细胞单体接收到信号之后进行面识别以获得M级细胞单体发送信号的对接部的接口标识信息，(M+1)级细胞单体将M级细胞单体发送信号的对接部的接口标识信息和其自身接收信号的对接部的接口标识信息一并传输至细胞主体。

10.如权利要求9所述的模块化机器人控制方法，其特征在于：细胞主体或细胞单体同时发送不同的电信号至多个下一级细胞单体时，多个下一级细胞单体根据细胞主体或者上级细胞单体传送不同电信号的对接部的接口标识信息分时序回复其位置信息至细胞主体；或者细胞主体或细胞单体分时序发送相同或不同的电信号至多个下一级细胞单体，多个下一级细胞单体根据接收电信号的时序依次回复其位置信息至细胞主体。

11.如权利要求6所述的模块化机器人控制方法，其特征在于：所述细胞单体在执行动作的过程中实时监测其两个子模块之间的相对角度信息，并根据检测结果判断动作是否执行完成。

12.一种模块化机器人控制系统，其用于控制由多个模块单元拼接的的初始实体结构，其特征在于：所述模块化机器人控制系统包括

储存模块，用于储存初始实体结构的初始虚拟构型信息；

构型生成模块，用于根据初始虚拟构型信息生成模块化机器人的初始虚拟构型；

动作生成模块，用于生成预设动作控制信息；及

传输模块，用于将预设动作控制信息传输至模块化机器人使其按照预设动作控制信息执行。

13.一种模块化机器人控制系统，其特征在于：所述模块化机器人控制系统包括：

模块化机器人，其由多个模块单元组装而成，具有初始实体结构；

存储器，以及一个或多个程序，其中一个或多个所述程序被存储在所述存储器中，存储器与模块单元进行通信，所述程序用于以执行以下步骤指令：

获取并储存初始实体结构的初始虚拟构型信息；

根据初始虚拟构型信息生成模块化机器人的初始虚拟构型；

设定动作帧以生成预设动作控制信息；及

将预设动作控制信息传输至模块化机器人。

14.如权利要求13所述的模块化机器人控制系统，其特征在于：所述多个模块单元包括一细胞主体和至少一细胞单体，每个对接部具有唯一的接口标识信息，界定与细胞主体直接连接的细胞单体为一级细胞单体，所述获取初始实体结构的初始虚拟构型信息具体包括以下步骤：

细胞主体通过对接部传输信号至与之连接的一级细胞单体；

一级细胞单体接收到信号之后进行面识别以获得细胞主体发送信号的对接部的接口标识信息，一级细胞单体将细胞主体发送信号的对接部的接口标识信息和其自身接收信号的对接部的接口标识信息一并传输至细胞主体以获得一级细胞单体的位置信息。