CN110587634A - 一种服务机器人的控制系统 - Google Patents
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- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
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Abstract
本发明公开了一种服务机器人的控制系统，属于机器人技术领域。该控制系统包括运动模块，所述的运动模块包括头部驱动机构、腰部驱动机构、手臂驱动机构和脚部驱动机构，所述的头部驱动机构和腰部驱动机构均与上部控制模块进行电性连接，所述的手臂驱动机构与中部控制模块进行电性连接，所述的脚部驱动机构与底部控制模块进行电性连接，所述的上部控制模块与中部控制模块进行电性连接，所述的中部控制模块与底部控制模块进行电性连接。本发明提供的上部控制模块、中部控制模块以及底部控制模块之间既可以独立工作又可以相互通信，从而可以降低对单个控制模块的性能、稳定性等方面的要求，以提高机器人的运行稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体是一种服务机器人的控制系统。
背景技术
机器人是一种可以接受人类指挥、协助人类工作的自动控制装置，其中，服务机器人的应用范围很广，其可应用于运输、救援、监护和清理等服务性工作。
然而，由于现有的服务机器人大多采用单一的控制模块对服务机器人的各组件进行控制，故其对控制模块的性能、稳定性等方面的要求会很高，从而会造成服务机器人的设计、生产成本较高，以及造成机器人的运行稳定性较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种服务机器人的控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种服务机器人的控制系统，包括用于驱动机器人进行活动的运动模块，所述的运动模块包括头部驱动机构、腰部驱动机构、手臂驱动机构和脚部驱动机构，所述的控制系统还包括上部控制模块、中部控制模块和底部控制模块，所述的头部驱动机构和腰部驱动机构均与上部控制模块进行电性连接，所述的手臂驱动机构与中部控制模块进行电性连接，所述的脚部驱动机构与底部控制模块进行电性连接，所述的上部控制模块控制机器人的腰部和头部进行活动，所述的中部控制模块控制机器人的手臂和手指进行活动，所述的底部控制模块控制机器人进行移动；所述的上部控制模块与中部控制模块进行电性连接，所述的中部控制模块与底部控制模块进行电性连接。
本发明实施例采用的一种优选方案，所述的上部控制模块和底部控制模块均与用于判断机器人是否处于水平状态的陀螺仪进行电性连接。
本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的上部控制模块还与用于采集语音信息的语音模块进行电性连接，所述的中部控制模块与用于输出音频的功放模块进行电性连接。
本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的中部控制模块还与用于判断机器人前方是否有生物的PIR模块进行电性连接。
本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的中部控制模块和底部控制模块均与测距模块进行电性连接。
本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的底部控制模块还分别与用于采集图像信息的视觉相机模块以及用于数据传输的工控主板进行电性连接。
本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的底部控制模块还与用于接收和响应遥控器控制指令的遥控通信模块进行电性连接。
本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的底部控制模块还与用于辅助机器人沿着磁导轨进行运动的磁导航传感器进行电性连接。
本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的底部控制模块还与用于获取机器人实时位置信息的RFID读卡器进行电性连接。
本发明实施例的提供的上述技术方案，相比于现有技术，具有以下技术效果：
本发明实施例通过在服务机器人的控制系统中设置相互之间进行通信连接的上部控制模块、中部控制模块以及底部控制模块等多个控制模块来对服务机器人的各个组件进行控制，便可使上部控制模块、中部控制模块以及底部控制模块之间既可以独立工作又可以相互通信，以降低对单个控制模块的性能、稳定性等方面的要求，从而不仅便于服务机器人的设计、生产，以及降低生产成本，而且还可以提高机器人的运行稳定性。
附图说明
图1为实施例1提供的一种服务机器人的控制系统的控制结构图。
图2为实施例1提供的上部控制模块的控制结构图。
图3为实施例2提供的中部控制模块的控制结构图。
图4为实施例3提供的底部控制模块的控制结构图。
图中：1-上部控制模块、2-中部控制模块、3-底部控制模块、5-内置平板电脑、6-头部驱动机构、7-腰部驱动机构、8-手臂驱动机构、9-PIR模块、10-视觉相机模块、11-脚部驱动机构、12-工控主板、13-测距模块、14-触摸传感模块、15-存储模块、16-陀螺仪、17-照明模块、18-散热模块、19-语音模块、20-有线控制器、21-逆变器模块、22-功放模块、23-电子锁、24-称重传感器、25-无线MIC模块、26-手臂单片机、27-按键模块、28-复位模块、29-电源模块、30-遥控通信模块、31-磁导航传感器、32-RFID读卡器。
具体实施方式
下面的具体实施例是对本申请的技术方案作出的具体、清楚的描述。
实施例1
参照附图1-2，该实施例提供了一种服务机器人的控制系统，包括上部控制模块1、中部控制模块2、底部控制模块3以及用于驱动机器人进行活动的运动模块，所述的运动模块包括头部驱动机构6、腰部驱动机构7、手臂驱动机构8和脚部驱动机构11；上部控制模块1为现有的STM32F205单片机，中部控制模块2为现有的STM32F427单片机，底部控制模块3为现有的STM32F205单片机。
其中，所述的头部驱动机构6和腰部驱动机构7均通过RS485接口与上部控制模块1进行电性连接，所述的手臂驱动机构8通过RS485接口与中部控制模块2进行电性连接，所述的脚部驱动机构11通过RS485接口与底部控制模块3进行电性连接，所述的上部控制模块1控制机器人的腰部和头部进行活动，所述的中部控制模块2控制机器人的手臂和手指进行活动，所述的底部控制模块3控制机器人进行移动；所述的上部控制模块1通过通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)与中部控制模块2进行电性连接，所述的中部控制模块2通过UART与底部控制模块3进行电性连接。
另外，所述的上部控制模块1、中部控制模块2和底部控制模块3均通过通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口与内置平板电脑5进行电性连接，以便于操控各控制模块。
具体的，所述的上部控制模块1还通过串行外设接口(Serial PeripheralInterface，SPI)分别与有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)和存储模块15进行电性连接，存储模块15可以选用现有技术中的外扩Flash存储器，用于存储数据；OLED可以用于机器人眼睛表情的显示。
另外，所述的上部控制模块1通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)或者通用输入/输出口(General Purpose Input Output，GPIO)与RGB发光二极管(LightEmitting Diode，LED)进行电性连接，用于控制机器人耳朵两侧的灯光。所述的上部控制模块1还通过GPIO分别与触摸传感器模块14、照明模块17和散热模块18进行电性连接，触摸传感器模块14用于检测IO高低电平；照明模块17用于照明；散热模块18为散热风扇，用于对机器人进行散热。所述的上部控制模块1还通过UART与语音模块19进行电性连接，语音模块19为现有技术中的讯飞六麦模块，用于采集语音信息，并通过UART转发给内置平板电脑5。所述的上部控制模块1还通过I2C总线(Inter-Integrated Circuit)与陀螺仪16进行电性连接，用于判断机器人是否处于水平状态以及辅助调整机器人腰部以上机身的水平角度。
实施例2
参照附图3，该实施例是在实施例1的基础上，提供了一种中部控制模块2的具体控制结构，具体的，所述的中部控制模块2通过GPIO分别与PIR模块9、触摸传感器模块14、散热模块18、有线控制器20、逆变器模块21、功放模块22、电子锁23以及RGB LED进行电性连接；PIR模块9为现有技术中的被动式红外探测器(Passive Infrared Detector，PIR)，通过PIR模块9产生的高低电平变化，判断机器人前方是否有人等生物；有线控制器20用于外接键盘等设备，以便于控制机器人进行前、后、左、右、停止等操作；逆变器模块21包括拨码开关，拨码开关共两个，其输入脚与中部控制模块2进行电性连接，其中一个拨码开关用于开/关逆变器，另一个拨码开关预留备用；功放模块22用于输出音频，其初始化为静音模式，防止在机器人开机的时候音响发出破音。电子锁23设有两个，一个用来锁机器人后盖，另一个用来锁机器人外挂密码箱。通过中部控制模块2可以检测当前电子锁23的状态，以便于根据收到的指令进行相应的开锁操作。
另外，所述的中部控制模块2还通过I2C总线分别与测距模块13、称重传感器24和无线MIC模块25进行电性连接，称重传感器24用于称量当前机器人支架的负载重量，以kg为单位；无线MIC模块25为现有的无线话筒(Microphone，MIC)，用于接收语音信息。所述的中部控制模块2还通过SPI与存储模块15进行电性连接，通过UART与手臂单片机26进行电性连接，手臂单片机26可以用于采集触摸传感器模块14的信号、测距模块13采集的数据以及控制RGB LED。测距模块13包括现有技术中的红外测距传感器和超声波测距仪，其可用于测量机器人与目标物间距。
实施例3
参照附图4，该实施例是在实施例1-2的基础上，提供了一种底部控制模块3的具体控制结构，具体的，所述的底部控制模块3通过GPIO还分别与按键模块27、散热模块18、逆变器模块21、复位模块28、电源模块29和视觉相机模块10进行电性连接；按键模块27包括机器人后背上的五个按键，以实现机器人前、后、左、右、停止的操作；逆变器模块21包括输出脚，其通过高低电平控制逆变器的开/关，开机后初始化为关机状态，底部控制模块3通过该向中部控制模块2查询逆变器的拨码开关状态，根据查到的状态进行相应的开关操作；复位模块28可以根据收到相关复位的请求对网络交换机进行复位；视觉相机模块10包括头部3D视觉相机以及底盘3D视觉相机，以便于图像信息的采集。
进一步，所述的底部控制模块3还通过I2C总线分别与测距模块13、陀螺仪16、磁导航传感器31和RFID读卡器32进行电性连接；通过陀螺仪16可以检测机器人当前的姿态，根据检测的数据判断当前机器人是否处于水平状态，从而便于进行动态调整7和脚部驱动机构11，以防止机器人摔倒或者滑行；磁导航传感器31可以读取磁导轨偏移数据，以用于辅助机器人沿着磁导轨进行运动；RFID读卡器32可以检测机器人机体上的射频识别(RadioFrequency Identification，RFID)电子标签信息，从而可以获取机器人实时位置信息。
另外，所述的底部控制模块3还通过SPI与存储模块15进行电性连接，通过UART分别与工控主板12和遥控通信模块30进行电性连接。具体的，工控主板12为现有技术中常见的X86型号工控主板，可以用于进行相关数据的传输以及机器人行走的控制；遥控通信模块30为现有技术中的RF-CC1310型号主机，用于检测、接收和响应遥控器发出的控制命令。
综上所述，本发明实施例通过在服务机器人的控制系统中设置相互之间进行通信连接的上部控制模块1、中部控制模块2以及底部控制模块3等多个控制模块来对服务机器人的各个组件进行控制，便可使上部控制模块1、中部控制模块2以及底部控制模块3之间既可以独立工作又可以相互通信，以降低对单个控制模块的性能、稳定性等方面的要求，从而不仅便于服务机器人的设计、生产，以及降低生产成本，而且还可以提高机器人的运行稳定性。
需要说明的是，上述实施例只是针对本申请的技术方案和技术特征进行具体、清楚的描述。而对于本领域技术人员而言，属于现有技术或者公知常识的方案或特征，在上面实施例中就不作详细地描述了。
当然，本申请的技术方案不只局限于上述的实施例，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，从而可以形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种服务机器人的控制系统，包括运动模块，所述的运动模块包括头部驱动机构(6)、腰部驱动机构(7)、手臂驱动机构(8)和脚部驱动机构(11)，其特征在于，所述的控制系统还包括上部控制模块(1)、中部控制模块(2)和底部控制模块(3)，所述的头部驱动机构(6)和腰部驱动机构(7)均与上部控制模块(1)进行电性连接，所述的手臂驱动机构(8)与中部控制模块(2)进行电性连接，所述的脚部驱动机构(11)与底部控制模块(3)进行电性连接，所述的上部控制模块(1)控制机器人的腰部和头部进行活动，所述的中部控制模块(2)控制机器人的手臂和手指进行活动，所述的底部控制模块(3)控制机器人进行移动；所述的上部控制模块(1)与中部控制模块(2)进行电性连接，所述的中部控制模块(2)与底部控制模块(3)进行电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种服务机器人的控制系统，其特征在于，所述的上部控制模块(1)和底部控制模块(3)均与用于判断机器人是否处于水平状态的陀螺仪(16)进行电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种服务机器人的控制系统，其特征在于，所述的上部控制模块(1)还与用于采集语音信息的语音模块(19)进行电性连接，所述的中部控制模块(2)与用于输出音频的功放模块(22)进行电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种服务机器人的控制系统，其特征在于，所述的中部控制模块(2)还与用于判断机器人前方是否有生物的PIR模块(9)进行电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种服务机器人的控制系统，其特征在于，所述的中部控制模块(2)和底部控制模块(3)均与测距模块(13)进行电性连接。
6.根据权利要求5所述的一种服务机器人的控制系统，其特征在于，所述的底部控制模块(3)还分别与用于采集图像信息的视觉相机模块(10)以及用于数据传输的工控主板(12)进行电性连接。
7.根据权利要求6所述的一种服务机器人的控制系统，其特征在于，所述的底部控制模块(3)还与用于接收和响应遥控器控制指令的遥控通信模块(30)进行电性连接。
8.根据权利要求7所述的一种服务机器人的控制系统，其特征在于，所述的底部控制模块(3)还与用于辅助机器人沿着磁导轨进行运动的磁导航传感器(31)进行电性连接。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的一种服务机器人的控制系统，其特征在于，所述的底部控制模块(3)还与用于获取机器人实时位置信息的RFID读卡器(32)进行电性连接。
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