CN108724192A - 一种机器人运动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的属于控制系统技术领域，具体为一种机器人运动控制系统，包括输入模块，所述输入模块的输出端电性连接上位机的输入端，所述上位机的输出端电性连接信号处理模块的输入端，所述信号处理模块的输出端电性连接通讯模块的输入端，所述通讯模块的输出端电性连接单片机的输入端，所述图像采集卡的输入端电性连接摄像头的输出端，所述单片机的输出端分别电性连接红外发射装置和驱动模块的输入端，基于红外定位技术和视觉传达技术，提高了果树的采摘效率，根据机器人的运动状态进行反馈，提高了机器人目标追踪的精度，且便于远程控制，降低了劳动强度，使得机器人运动灵活，实现了对机器人的平稳、有效和安全的控制。
Description
技术领域
本发明涉及控制系统技术领域，具体为一种机器人运动控制系统。
背景技术
机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作。在水果的生产过程中的采摘的工作量大，现有的采摘工作主要靠人工完成，采摘质量低、成本高、耗时长，难以适应规模化种植的需要，且现有的采摘机器人使用不方便，结构不灵活，控制形式单一，运动精度低，为此，我们提出一种机器人运动控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人运动控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机器人运动控制系统，包括输入模块，所述输入模块的输出端电性连接上位机的输入端，所述上位机的输出端电性连接信号处理模块的输入端，所述信号处理模块的输出端电性连接通讯模块的输入端，所述通讯模块的输出端电性连接单片机的输入端，所述单片机的输入端分别电性连接红外接收装置、传感器模块和图像采集卡的输出端，所述图像采集卡的输入端电性连接摄像头的输出端，所述单片机的输出端分别电性连接红外发射装置和驱动模块的输入端，所述驱动模块的输出端电性连接执行机构的输入端；
通过所述摄像头拍摄水果的图像信息，并通过所述图像采集卡进行图像采集，传输至所述单片机，所述单片机对采集的水果的图像信息进行处理和分析，判断水果上方成熟，当水果成熟时，通过所述红外发射装置发射连续光束光斑，红外接收模块对连续光束光斑进行感应，并传输至所述单片机，所述单片机对信号进行处理和分析，并通过驱动模块控制执行机构，从而实现红外光束跟踪，并实现对水果的采摘，通过所述传感器模块实现机器人的运动检测，通过所述输入模块进行控制命令的输入端，并传输至所述上位机，通过所述信号处理模块对控制命令信号的处理，然后通过通讯模块将控制命令信息传输至所述单片机，实现远程控制。
优选的，所述信号处理模块包括抗混叠滤波模块，所述抗混叠滤波模块的输出端电性连接A/D转换模块的输入端，所述A/D转换模块的输出端电性连接DSP芯片的输入端，所述DSP芯片的输出端电性连接D/A转换模块的输入端，所述D/A转换模块的输出端电性连接平滑滤波模块的输入端；
通过所述抗混叠滤波模块数实现对输入的控制命令的带限滤波和抽样，然后通过所述A/D变换将信号转换成数字比特流，并传输至所述DSP芯片，通过所述DSP芯片进行信号处理，并传输至所述D/A转换模块将信号转换成模拟样值，最后通过所述平滑滤波模块实现对信号的内插和平滑滤波，得到连续的模拟信号。
优选的，所述通讯模块至少包括WIFI模块、GSM模块和蓝牙模块中的一种。
优选的，所述红外发射装置包括发光端面安装有光学系统的红外发射管。
优选的，所述摄像头为球状摄像头，且球状摄像头的外壁设置有LED灯珠。
优选的，所述驱动模块包括信号采集模块，所述信号采集模块的输出端电性连接信号调整模块的输入端，所述信号调整模块的输出端电性连接电机驱动器的输入端，所述电机驱动器的输出端电性连接减速传动装置的输入端，所述减速传动装置的输出端电性连接步进电机的输入端，所述步进电机的输出端电性连接光电编码器的输入端，所述光电编码器的输出端电性连接位置检测模块的输入端，所述位置检测模块的输出端电性连接速度计算模块的输入端，所述速度计算模块的输出端电性连接信号调整模块的输入端；
通过所述信号采集模块采集所述单片机发出的信号，并传输至所述信号调整模块实现对信号的调整，所述光电编码器通过光电转换将所述步进电机的几何位移量转换成脉冲或数字量，并通过所述位置检测模块检测进行步进电机的位置检测，所述速度计算模块实现对所述步进电机的转动角度的计算，并将计算结果传递至所述信号调整模块，通过所述电机驱动器和所述减速传动装置实现对所述步进电机的驱动。
优选的，所述传感器模块包括倾角传感器、光纤陀螺仪、超声波传感器和高精度电位器，所述倾角传感器用于检测机器人的俯仰角和横滚角，所述光纤陀螺仪用于检测机器人与水平面之间的偏角，所述超声波传感器用于检测机器人路径上的障碍物，所述高精度电位器用于测量机器人手臂的倾角。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该发明提出的一种机器人运动控制系统，基于红外定位技术和视觉传达技术，提高了果树的采摘效率，根据机器人的运动状态进行反馈，提高了机器人目标追踪的精度，且便于远程控制，降低了劳动强度，使得机器人运动灵活，实现了对机器人的平稳、有效和安全的控制。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为本发明信号处理模块原理框图；
图3为本发明驱动模块原理框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种机器人运动控制系统，包括输入模块，所述输入模块的输出端电性连接上位机的输入端，所述上位机的输出端电性连接信号处理模块的输入端，所述信号处理模块的输出端电性连接通讯模块的输入端，所述通讯模块的输出端电性连接单片机的输入端，所述单片机的输入端分别电性连接红外接收装置、传感器模块和图像采集卡的输出端，所述图像采集卡的输入端电性连接摄像头的输出端，所述单片机的输出端分别电性连接红外发射装置和驱动模块的输入端，所述驱动模块的输出端电性连接执行机构的输入端；
通过所述摄像头拍摄水果的图像信息，并通过所述图像采集卡进行图像采集，传输至所述单片机，所述单片机对采集的水果的图像信息进行处理和分析，判断水果上方成熟，当水果成熟时，通过所述红外发射装置发射连续光束光斑，红外接收模块对连续光束光斑进行感应，并传输至所述单片机，所述单片机对信号进行处理和分析，并通过驱动模块控制执行机构，从而实现红外光束跟踪，并实现对水果的采摘，通过所述传感器模块实现机器人的运动检测，通过所述输入模块进行控制命令的输入端，并传输至所述上位机，通过所述信号处理模块对控制命令信号的处理，然后通过通讯模块将控制命令信息传输至所述单片机，实现远程控制。
其中，所述信号处理模块包括抗混叠滤波模块，所述抗混叠滤波模块的输出端电性连接A/D转换模块的输入端，所述A/D转换模块的输出端电性连接DSP芯片的输入端，所述DSP芯片的输出端电性连接D/A转换模块的输入端，所述D/A转换模块的输出端电性连接平滑滤波模块的输入端；通过所述抗混叠滤波模块数实现对输入的控制命令的带限滤波和抽样，然后通过所述A/D变换将信号转换成数字比特流，并传输至所述DSP芯片，通过所述DSP芯片进行信号处理，并传输至所述D/A转换模块将信号转换成模拟样值，最后通过所述平滑滤波模块实现对信号的内插和平滑滤波，得到连续的模拟信号，所述通讯模块至少包括WIFI模块、GSM模块和蓝牙模块中的一种，所述红外发射装置包括发光端面安装有光学系统的红外发射管，所述摄像头为球状摄像头，且球状摄像头的外壁设置有LED灯珠，所述驱动模块包括信号采集模块，所述信号采集模块的输出端电性连接信号调整模块的输入端，所述信号调整模块的输出端电性连接电机驱动器的输入端，所述电机驱动器的输出端电性连接减速传动装置的输入端，所述减速传动装置的输出端电性连接步进电机的输入端，所述步进电机的输出端电性连接光电编码器的输入端，所述光电编码器的输出端电性连接位置检测模块的输入端，所述位置检测模块的输出端电性连接速度计算模块的输入端，所述速度计算模块的输出端电性连接信号调整模块的输入端；通过所述信号采集模块采集所述单片机发出的信号，并传输至所述信号调整模块实现对信号的调整，所述光电编码器通过光电转换将所述步进电机的几何位移量转换成脉冲或数字量，并通过所述位置检测模块检测进行步进电机的位置检测，所述速度计算模块实现对所述步进电机的转动角度的计算，并将计算结果传递至所述信号调整模块，通过所述电机驱动器和所述减速传动装置实现对所述步进电机的驱动，所述传感器模块包括倾角传感器、光纤陀螺仪、超声波传感器和高精度电位器，所述倾角传感器用于检测机器人的俯仰角和横滚角，所述光纤陀螺仪用于检测机器人与水平面之间的偏角，所述超声波传感器用于检测机器人路径上的障碍物，所述高精度电位器用于测量机器人手臂的倾角。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种机器人运动控制系统，包括输入模块，其特征在于：所述输入模块的输出端电性连接上位机的输入端，所述上位机的输出端电性连接信号处理模块的输入端，所述信号处理模块的输出端电性连接通讯模块的输入端，所述通讯模块的输出端电性连接单片机的输入端，所述单片机的输入端分别电性连接红外接收装置、传感器模块和图像采集卡的输出端，所述图像采集卡的输入端电性连接摄像头的输出端，所述单片机的输出端分别电性连接红外发射装置和驱动模块的输入端，所述驱动模块的输出端电性连接执行机构的输入端；
通过所述摄像头拍摄水果的图像信息，并通过所述图像采集卡进行图像采集，传输至所述单片机，所述单片机对采集的水果的图像信息进行处理和分析，判断水果上方成熟，当水果成熟时，通过所述红外发射装置发射连续光束光斑，红外接收模块对连续光束光斑进行感应，并传输至所述单片机，所述单片机对信号进行处理和分析，并通过驱动模块控制执行机构，从而实现红外光束跟踪，并实现对水果的采摘，通过所述传感器模块实现机器人的运动检测，通过所述输入模块进行控制命令的输入端，并传输至所述上位机，通过所述信号处理模块对控制命令信号的处理，然后通过通讯模块将控制命令信息传输至所述单片机，实现远程控制。
2.根据权利要求1所述的一种机器人运动控制系统，其特征在于：所述信号处理模块包括抗混叠滤波模块，所述抗混叠滤波模块的输出端电性连接A/D转换模块的输入端，所述A/D转换模块的输出端电性连接DSP芯片的输入端，所述DSP芯片的输出端电性连接D/A转换模块的输入端，所述D/A转换模块的输出端电性连接平滑滤波模块的输入端；
通过所述抗混叠滤波模块数实现对输入的控制命令的带限滤波和抽样，然后通过所述A/D变换将信号转换成数字比特流，并传输至所述DSP芯片，通过所述DSP芯片进行信号处理，并传输至所述D/A转换模块将信号转换成模拟样值，最后通过所述平滑滤波模块实现对信号的内插和平滑滤波，得到连续的模拟信号。
3.根据权利要求1所述的一种机器人运动控制系统，其特征在于：所述通讯模块至少包括WIFI模块、GSM模块和蓝牙模块中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种机器人运动控制系统，其特征在于：所述红外发射装置包括发光端面安装有光学系统的红外发射管。
5.根据权利要求1所述的一种机器人运动控制系统，其特征在于：所述摄像头为球状摄像头，且球状摄像头的外壁设置有LED灯珠。
6.根据权利要求1所述的一种机器人运动控制系统，其特征在于：所述驱动模块包括信号采集模块，所述信号采集模块的输出端电性连接信号调整模块的输入端，所述信号调整模块的输出端电性连接电机驱动器的输入端，所述电机驱动器的输出端电性连接减速传动装置的输入端，所述减速传动装置的输出端电性连接步进电机的输入端，所述步进电机的输出端电性连接光电编码器的输入端，所述光电编码器的输出端电性连接位置检测模块的输入端，所述位置检测模块的输出端电性连接速度计算模块的输入端，所述速度计算模块的输出端电性连接信号调整模块的输入端；
通过所述信号采集模块采集所述单片机发出的信号，并传输至所述信号调整模块实现对信号的调整，所述光电编码器通过光电转换将所述步进电机的几何位移量转换成脉冲或数字量，并通过所述位置检测模块检测进行步进电机的位置检测，所述速度计算模块实现对所述步进电机的转动角度的计算，并将计算结果传递至所述信号调整模块，通过所述电机驱动器和所述减速传动装置实现对所述步进电机的驱动。
7.根据权利要求1所述的一种机器人运动控制系统，其特征在于：所述传感器模块包括倾角传感器、光纤陀螺仪、超声波传感器和高精度电位器，所述倾角传感器用于检测机器人的俯仰角和横滚角，所述光纤陀螺仪用于检测机器人与水平面之间的偏角，所述超声波传感器用于检测机器人路径上的障碍物，所述高精度电位器用于测量机器人手臂的倾角。
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