CN108376509A - 教学机械臂系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的一种教学机械臂系统教学机械臂系统及其控制方法，该系统包括上位机以及机械臂；所述上位机通过有线或者无线的方式与所述机械臂通信连接。机械臂包括固定件、底座、总线舵机控制器、总线舵机、多个关节舵机、第一金属支架、第二金属支架、角度传感器、机械爪。总线舵机控制器以及固定件设置在底座上，角度传感器设置在机械爪上，多个关节舵机分别设置在第一金属支架以及第二金属支架上，总线舵机控制器与总线舵机电连接，总线舵机分别与每一个关节舵机以及角度传感器电连接。设置在机械爪处的角度传感器反馈角度信息，使得机械爪更加精确地移动到目的坐标处。

Description

教学机械臂系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及科教领域，具体而言，涉及一种教学机械臂系统及其控制方法。

背景技术

现有技术的教学机械臂针对的职校、大学、就业者等，进行拆装、使用、编程等方面的学习，其教学内容偏向于操作使用、应用方面。但是，现有技术中的教学机械臂不能实现曲线、轨迹运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种教学机械臂系统及其控制方法，其能够实现曲线、轨迹运动。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种教学机械臂系统，包括上位机以及机械臂；所述上位机通过有线或者无线的方式与所述机械臂通信连接，所述机械臂包括：固定件、底座、总线舵机控制器、总线舵机、多个关节舵机、第一金属支架、第二金属支架、角度传感器以及机械爪；所述总线舵机控制器以及所述固定件设置在所述底座上，所述固定件用于固定所述底座，所述第二金属支架与所述第一金属支架转动连接，所述第一金属支架与所述底座进行连接，所述机械爪与所述第二金属支架进行连接，所述角度传感器设置在所述机械爪上，所述多个关节舵机分别设置在所述第一金属支架以及所述第二金属支架上，所述总线舵机控制器与所述总线舵机电连接，所述总线舵机分别与每一个所述关节舵机以及所述角度传感器电连接。

在本发明较佳的实施例中，所述关节舵机的数量为6个，分别为第一关节舵机、第二关节舵机、第三关节舵机、第四关节舵机、第五关节舵机以及第六关节舵机，所述第一关节舵机、所述第二关节舵机、所述第三关节舵机设置在所述第一金属支架上，所述第四关节舵机、所述第五关节舵机、所述第六关节舵机设置在所述第二金属支架上。

在本发明较佳的实施例中，所述机械臂还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述总线舵机控制器上，与所述总线舵机控制器电连接。

在本发明较佳的实施例中，所述底座、第一金属支架、第二金属支架以及所述机械爪的外表面喷印有喷砂涂层。

在本发明较佳的实施例中，所述总线舵机控制器的型号为LX－15D。

在本发明较佳的实施例中，所述固定件为配套使用的螺钉与螺母，用于将所述底座进行固定。

在本发明较佳的实施例中，所述固定件为真空吸盘，用于将所述底座进行固定。

在本发明较佳的实施例中，所述教学机械臂系统还包括语音模块，所述语音模块与所述总线舵机控制器电连接。

在本发明较佳的实施例中，所述教学机械臂系统还包括移动终端或者遥控手柄，所述移动终端或者所述遥控手柄与所述上位机通信连接。

第二方面，本发明提供一种教学机械臂系统控制方法，所述方法应用于教学机械臂系统，所述系统包括上位机以及机械臂，所述机械臂包括：固定件、底座、总线舵机控制器、总线舵机、多个关节舵机、第一金属支架、第二金属支架、角度传感器以及机械爪；所述方法包括：

所述上位机获取目标位置的目标坐标；

所述上位机基于所述目标坐标以及预先保存在所述上位机内部的运动学算法，计算得到与所述多个关节舵机一一对应的多个关节转角；

所述上位机将所述多个关节转角发送给所述总线舵机控制器；

所述总线舵机控制器控制所述总线舵机，以使与所述总线舵机连接的多个关节舵机转动；

所述角度传感器采集所述机械爪的角度数据，并发送给所述总线舵机控制器；

所述总线舵机控制器在判断所述角度数据与所述目标坐标匹配时，控制所述机械爪进行抓取。本发明实施例的有益效果是：本发明实施例提供了一种教学机械臂系统及其控制方法，该系统包括：上位机以及机械臂；所述上位机通过有线或者无线的方式与所述机械臂通信连接，所述机械臂包括：固定件、底座、总线舵机控制器、总线舵机、多个关节舵机、第一金属支架、第二金属支架、角度传感器以及机械爪；所述总线舵机控制器以及所述固定件设置在所述底座上，所述固定件用于固定所述底座，所述第二金属支架与所述第一金属支架转动连接，所述第一金属支架与所述底座进行连接，所述机械爪与所述第二金属支架进行连接，所述角度传感器设置在所述机械爪上，所述多个关节舵机分别设置在所述第一金属支架以及所述第二金属支架上，所述总线舵机控制器与所述总线舵机电连接，所述总线舵机分别与每一个所述关节舵机以及所述角度传感器电连接。该教学机械臂系统的上位机向机械臂的总线舵机控制器传递关节转角，总线舵机控制器可以基于关节转角机械臂向所述总线舵机以及多个关节舵机发起控制信号，控制机械爪进行曲线轨迹运动，同时，设置在机械爪处的角度传感器反馈角度信息，便于总线舵机控制器进行角度补偿，使得机械爪更加精确地移动到目的坐标处。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明第一实施例提供的一种教学机械臂系统的结构框图；

图1a是本发明第一实施例提供的另一种教学机械臂系统的结构框图；

图2是本发明第一实施例提供的一种机械臂的结构示意图；

图3是本发明第一实施例提供的一种机械臂的结构框图；

图4是本发明第一实施例提供的一种机械臂的结构框图；

图5是本发明第二实施例提供的教学机械臂系统控制方法的流程图。

图标：100－机械臂；110－固定件；120－底座；130－总线舵机控制器；140－总线舵机；150－关节舵机；151－第一关节舵机；152－第二关节舵机；153－第三关节舵机；154－第四关节舵机；155－第五关节舵机；156－第六关节舵机；160－第一金属支架；170－第二金属支架；180－角度传感器；190－机械爪；200－教学机械臂系统；210－上位机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参看图1，本发明实施例提供一种教学机械臂系统200，其包括上位机210以及机械臂100；所述上位机210通过有线或者无线的方式与所述机械臂100进行通信连接。

其中，所述上位机210可以为计算机。其内连接有无线通信模块、离线编程模块以及虚拟控制器，所述虚拟控制器内保存有运动学算法以及动力学算法。

所述上位机210可以为机械臂100提供目标位置的坐标。

该目标位置的坐标可以是用户手动输入。

当然，请参看图1a，所述教学机械臂系统200还可以包括遥控手柄，所述遥控手柄与所述上位机210通信连接，所述遥控手柄在通过用户的操作获取到目标位置的坐标后，可以传递给上位机210。

作为一种实施方式，请继续参看图1a，所述教学机械臂系统200还包括移动终端，所述移动终端与所述上位机210通信连接，所述移动终端在通过用户的操作获取到目标位置的坐标后，可以传递给上位机210。

下面请结合图2以及图3，所述机械臂100，其包括固定件110、底座120、总线舵机控制器130、总线舵机140、多个关节舵机150、第一金属支架160、第二金属支架170、角度传感器180以及机械爪190。

其中，所述总线舵机控制器130以及所述固定件110设置在所述底座120上，所述固定件110用于固定所述底座120。

其中，作为一种实施方式，所述固定件110可以是真空吸盘，用于将所述底座120吸附在桌面或者地面，防止底座120晃动。

作为另一种实施方式，所述固定件110为配套使用的螺钉与螺母，用于将所述底座120进行固定。

所述第二金属支架170与所述第一金属支架160之间转动连接，使得第一金属支架160与所述第二金属支架170之间可以形成30°到330°的夹角。

所述第一金属支架160与所述底座120进行连接，所述机械爪190与所述第二金属支架170进行连接。

所述角度传感器180设置在所述机械爪190上，所述多个关节舵机150分别设置在所述第一金属支架160以及所述第二金属支架170上，所述总线舵机控制器130与所述总线舵机140电连接，所述总线舵机140分别与所述角度传感器180以及每一个所述关节舵机150电连接。

进一步的，请参看图4，作为一种实施方式，所述关节舵机150的数量为6个，分别为第一关节舵机151、第二关节舵机152、第三关节舵机153、第四关节舵机154、第五关节舵机155以及第六关节舵机156，所述第一关节舵机151、所述第二关节舵机152、所述第三关节舵机153设置在所述第一金属支架160上，所述第四关节舵机154、所述第五关节舵机155、所述第六关节舵机156设置在所述第二金属支架170上。

其中，所述总线舵机控制器130可以获取六个关节舵机150的关节转角，同时，总线舵机控制器130可以把六个关节舵机150的角度值传递给总线舵机140，总线舵机140分别分配给对应的每一个关节舵机150(第一关节舵机151、第二关节舵机152、第三关节舵机153、第四关节舵机154、第五关节舵机155以及第六关节舵机156)，并驱动关节舵机150进行移动。此时，所述角度传感器180用于采集机械爪190末端的坐标数据，并将坐标数据反馈给总线舵机控制器130，总线舵机控制器130在判定机械爪190末端的坐标达到目标位置的坐标时，控制机械爪190进行抓取，否则继续进行移动，直到移动到目标位置的坐标为止。

其中，所述总线舵机控制器130的型号可以为LX－15D。

此外，所述机械臂100还可以包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述总线舵机控制器130上，与所述总线舵机控制器130进行电连接。温度传感器用于采集总线舵机控制器130的温度数据，防止温度过高，对机械臂100造成损坏。

进一步的，所述机械臂100还包括语音模块，所述语音模块与所述总线舵机控制器130电连接，用于在温度传感器采集的温度达到预设值时，发出报警。所述语音模块可以是蜂鸣器或者喇叭。

进一步的，为了达到美观效果，作为一种实施方式，所述底座120、第一金属支架160、第二金属支架170以及所述机械爪190的外表面喷印有喷砂涂层，在起到美观效果的同时，也可以起到保护作用，防止氧化。

所述上位机210可以获取目标位置的目标坐标，该目标坐标可以是通过人为的方式进行输入，也可以是通过遥控手柄或者移动终端的按键的上下左右进行微调产生。所述上位机210内预先存储有运动学算法，可以基于所述目标坐标计算得到与所述多个关节舵机150一一对应的多个关节转角。所述上位机210在得到关节转角后，可以将所述多个关节转角发送给所述总线舵机控制器130。总线舵机控制器130控制所述总线舵机140，以使与所述总线舵机140连接的多个关节舵机150转动。

例如关节舵机150的数量为六个，那么上位机210计算出六个关节转角，分别为a1、a2、a3、a4、a5、a6，总线舵机控制器130控制第一关节舵机151转动a1，控制第二关节舵机152转动a2，控制第三关节舵机153转动a3，控制第四关节舵机154转动a4，控制第五关节舵机155转动a5，控制第六关节舵机156转动a6。

为了防止机械爪190未到达目标位置，所述角度传感器180可以采集所述机械爪190的角度数据，并反馈给所述总线舵机控制器130。所述总线舵机控制器130在判断所述角度数据与所述目标坐标匹配时，控制所述机械爪190进行抓取，在未匹配时，对角度进行补偿。

本发明第一实施例提供的一种教学机械臂系统200的工作原理是：该系统包括：上位机210以及机械臂100。所述上位机210通过有线或者无线的方式与所述机械臂100进行通信连接。所述上位机210内保存有运动学算法，可以基于目标坐标计算关节转角，并传递给总线舵机控制器130，同时，总线舵机控制器130把六个关节舵机150的转角值传递给总线舵机140，总线舵机140分别分配给对应的每一个关节舵机150(第一关节舵机151、第二关节舵机152、第三关节舵机153、第四关节舵机154、第五关节舵机155以及第六关节舵机156)，并驱动关节舵机150进行移动。此时，所述角度传感器180用于采集机械爪190末端的坐标数据，并将坐标数据反馈给总线舵机控制器130，总线舵机控制器130在判定机械爪190末端的坐标达到目标位置的坐标时，控制机械爪190进行抓取，否则继续进行移动，直到移动到目标位置的坐标为止。

第二实施例

请参照图5，本实施例提供一种教学机械臂系统控制方法，所述方法应用于教学机械臂系统，所述系统包括上位机以及机械臂，所述机械臂包括：固定件、底座、总线舵机控制器、总线舵机、多个关节舵机、第一金属支架、第二金属支架、角度传感器以及机械爪；所述方法包括：

步骤S110：所述上位机获取目标位置的目标坐标。

当然，所述目标坐标也可以是由遥控手柄或者移动终端通过用户的按键输入获取到后，通过无线通信的方式传递给所述上位机。

步骤S120：所述上位机基于所述目标坐标以及预先保存在所述上位机内部的运动学算法，计算得到与所述多个关节舵机一一对应的多个关节转角。

步骤S130：所述上位机将所述多个关节转角发送给所述总线舵机控制器。

步骤S140：所述总线舵机控制器控制所述总线舵机，以使与所述总线舵机连接的多个关节舵机转动。

步骤S150：所述角度传感器采集所述机械爪的角度数据，并发送给所述总线舵机控制器。

步骤S160：所述总线舵机控制器在判断所述角度数据与所述目标坐标匹配时，控制所述机械爪进行抓取。

当然，在判断所述角度数据与所述目标坐标匹配时，总线舵机控制器对角度进行补偿后，再控制所述机械爪进行抓取。

综上所述，本发明提供一种教学机械臂系统200及其控制方法，该系统包括：上位机210以及机械臂100。所述上位机210通过有线或者无线的方式与所述机械臂100进行通信连接。所述上位机210内保存有运动学算法，可以基于目标坐标计算关节转角，并传递给总线舵机控制器130，同时，总线舵机控制器130把六个关节舵机150的转角值传递给总线舵机140，总线舵机140分别分配给对应的每一个关节舵机150(第一关节舵机151、第二关节舵机152、第三关节舵机153、第四关节舵机154、第五关节舵机155以及第六关节舵机156)，并驱动关节舵机150进行移动。此时，所述角度传感器180用于采集机械爪190末端的坐标数据，并将坐标数据反馈给总线舵机控制器130，总线舵机控制器130在判定机械爪190末端的坐标达到目标位置的坐标时，控制机械爪190进行抓取，否则继续进行移动，直到移动到目标位置的坐标为止。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种教学机械臂系统，其特征在于，包括：上位机以及机械臂；所述上位机通过有线或者无线的方式与所述机械臂通信连接，所述机械臂包括：固定件、底座、总线舵机控制器、总线舵机、多个关节舵机、第一金属支架、第二金属支架、角度传感器以及机械爪；所述总线舵机控制器以及所述固定件设置在所述底座上，所述固定件用于固定所述底座，所述第二金属支架与所述第一金属支架转动连接，所述第一金属支架与所述底座进行连接，所述机械爪与所述第二金属支架进行连接，所述角度传感器设置在所述机械爪上，所述多个关节舵机分别设置在所述第一金属支架以及所述第二金属支架上，所述总线舵机控制器与所述总线舵机电连接，所述总线舵机分别与每一个所述关节舵机以及所述角度传感器电连接。

2.根据权利要求1所述的教学机械臂系统，其特征在于，所述关节舵机的数量为6个，分别为第一关节舵机、第二关节舵机、第三关节舵机、第四关节舵机、第五关节舵机以及第六关节舵机，所述第一关节舵机、所述第二关节舵机、所述第三关节舵机设置在所述第一金属支架上，所述第四关节舵机、所述第五关节舵机、所述第六关节舵机设置在所述第二金属支架上。

3.根据权利要求2所述的教学机械臂系统，其特征在于，所述教学机械臂还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述总线舵机控制器上，与所述总线舵机控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的教学机械臂系统，其特征在于，所述底座、第一金属支架、第二金属支架以及所述机械爪的外表面喷印有喷砂涂层。

5.根据权利要求4所述的教学机械臂系统，其特征在于，所述总线舵机控制器的型号为LX－15D。

6.根据权利要求5所述的教学机械臂系统，其特征在于，所述固定件为配套使用的螺钉与螺母，用于将所述底座进行固定。

7.根据权利要求5所述的教学机械臂系统，其特征在于，所述固定件为真空吸盘，用于将所述底座进行固定。

8.根据权利要求6或7所述的教学机械臂系统，其特征在于，所述教学机械臂系统还包括语音模块，所述语音模块与所述总线舵机控制器电连接。

9.根据权利要求8所述的教学机械臂系统，其特征在于，所述教学机械臂系统还包括移动终端或者遥控手柄，所述移动终端或者所述遥控手柄与所述上位机通信连接。

10.一种教学机械臂系统控制方法，其特征在于，所述方法应用于教学机械臂系统，所述系统包括上位机以及机械臂，所述机械臂包括：固定件、底座、总线舵机控制器、总线舵机、多个关节舵机、第一金属支架、第二金属支架、角度传感器以及机械爪；所述方法包括：

所述上位机获取目标位置的目标坐标；

所述上位机基于所述目标坐标以及预先保存在所述上位机内部的运动学算法，计算得到与所述多个关节舵机一一对应的多个关节转角；

所述上位机将所述多个关节转角发送给所述总线舵机控制器；

所述总线舵机控制器控制所述总线舵机，以使与所述总线舵机连接的多个关节舵机转动；

所述角度传感器采集所述机械爪的角度数据，并发送给所述总线舵机控制器；

所述总线舵机控制器在判断所述角度数据与所述目标坐标匹配时，控制所述机械爪进行抓取。