CN110653827B - 一种仿生机器人腰部控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种仿生机器人腰部控制系统，其特征在于：包括手部控制装置及仿生机器人；仿生机器人包括躯干总成、下肢移动总成、机械臂总成和控制组件；躯干总成与下肢移动总成之间设置有腰部转动组件，躯干总成通过腰部转动组件与下肢移动总成转动连接；躯干总成与机械臂总成之间设置有肩部转动组件，躯干总成通过肩部转动组件与机械臂总成转动连接；控制组件包括信号接收器、手臂控制芯片及腰部控制芯片；手臂控制芯片控制连接肩部转动组件；腰部控制芯片控制连接腰部转动组件。本仿生机器人腰部控制系统具有操作方便、角度准确、同步性强、减轻操作员负载，减少误差等特点。

Description

一种仿生机器人腰部控制系统
技术领域
本发明涉及一种机器人控制器，具体是一种仿生机器人腰部控制系统。
背景技术
市面上现有用于控制仿生机器人的控制器上一般设置有几个，设置十几个按键，每一个按键所对应的是一个动作，要求的动作越多所对应的按键就会增加，此种控制器不便于操作；此外，也有佩戴于操作员身上的控制器，而每一个动作都是由特定的控制器所控制，即操作员需要佩戴多个控制器，当需要机器人完成不同动作或身体某个部位需要转动时，操作员需要佩戴相应的控制器在身上某一个部位上，从而增加操作员佩戴控制器的数量，数量越多会不便于操作，并增加操作难度，也会影响操作员操作机器人的准确性，影响信号的接收，容易出现动作迟缓的现象，这样显得操作较为复杂不便。
因此，需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种仿生机器人腰部控制系统，其具有操作方便、角度准确、同步性强、减轻操作员负载，减少误差等特点。
本发明的目的是这样实现的：
一种仿生机器人腰部控制系统，其特征在于：包括佩戴于操作者手部且用于感应手部动作的手部控制装置、及与手部控制装置沟通互联的仿生机器人；所述仿生机器人包括躯干总成、下肢移动总成、机械臂总成和控制组件；所述躯干总成与下肢移动总成之间设置有腰部转动组件，躯干总成通过腰部转动组件与下肢移动总成转动连接；所述躯干总成与机械臂总成之间设置有肩部转动组件，躯干总成通过肩部转动组件与机械臂总成转动连接；所述控制组件包括用于接收来自手部控制装置动作指令的信号接收器、用于控制机械臂总成执行动作指令的手臂控制芯片、及用于控制躯干总成完成扭腰动作的腰部控制芯片；所述手臂控制芯片控制连接肩部转动组件；所述腰部控制芯片控制连接腰部转动组件，当手部控制装置控制机械臂总成的动作超过设定的极限转动角θ，且于极限转动角θ的速度超过设定的瞬时速度V时，腰部控制芯片通过腰部转动组件控制躯干总成完成扭腰动作。
所述肩部转动组件包括肩部动力电机，肩部动力电机设置于躯干总成上，且肩部动力电机的输出轴传动连接机械臂总成，手臂控制芯片控制连接肩部动力电机，手臂控制芯片根据来自手部控制装置的动作指令控制肩部动力电机工作。
所述腰部转动组件包括腰部动力电机，腰部动力电机设置于躯干总成上，腰部动力电机的输出轴传动连接下肢移动总成，腰部控制芯片控制连接腰部动力电机，腰部控制芯片根据来自手部控制装置的动作指令控制腰部动力电机工作。
所述机械臂总成相对躯干总成的极限转动角θ为60°-70°，优选65°。
所述躯干总成相对下肢移动总成的极限转动角β为45°-55°，优选50°。
所述手部控制装置包括相互沟通互联的手柄控制器和手臂控制器；所述手柄控制器包括用于感应手腕动作的手柄传感模块和用于将手腕动作转换成手腕动作信号的手柄控制芯片，手柄控制芯片通过信号接收器与手臂控制芯片沟通互联；所述手臂控制器包括用于感应后臂动作的后臂传感模块和用于将后臂动作转换成后臂动作信号的后臂控制芯片，后臂控制芯片通过信号接收器与手臂控制芯片沟通互联。
手部控制装置的具体实施方案如下：所述手柄控制器包括左手柄控制器和右手柄控制器；所述手臂控制器包括与左手柄控制器配套且连接的左手臂控制器、及与右手柄控制器配套且连接的右手臂控制器；所述左手柄控制器和右手柄控制器上分别设置有前进键和后退键；同时触动左手柄控制器上的前进键和右手柄控制器上的前进键，以控制仿生机器人前进；同时触动左手柄控制器上的后退键和右手柄控制器上的后退键，以控制仿生机器人后退；同时触动左手柄控制器上的前进键和右手柄控制器上的后退键，以控制仿生机器人左转；同时触动左手柄控制器上的后退键和右手柄控制器上的前进键，以控制仿生机器人右转；所述仿生机器人的移动动作和扭腰动作同时进行或分别单独进行。
本发明的有益效果如下：
本仿生机器人腰部控制系统可以在操作员没有佩戴特定腰部控制装置的情况下随意操控仿生机器人完成腰部转动动作；具体是，操作员利用手部控制装置操控仿生机器人肩部转动时产生角度和速度，当手臂动作同时满足设定的角度要求和速度要求两个条件，系统就可以控制仿生机器人完成扭腰动作；由于无需佩戴特定的腰部控制装置，所以可减少操作员需要佩戴的控制装置的数量，进而减轻操作员的负载，使其动作更加灵活，更加方便操控仿生机器人，同时又不会影响仿生机器人动作的同步性、准确性，误差值也会减少。
附图说明
图1为本发明一实施例中操作员控制状态的示意图。
图2为本发明一实施例中仿生机器人模拟操作员动作的示意图。
图3为本发明一实施例中操作员控制状态的俯视图。
图4为本发明一实施例中仿生机器人机械臂总成转动至极限转动角θ的俯视图。
图5为本发明一实施例中仿生机器人躯干总成转动至极限转动角β的俯视图。
图6为本发明一实施例中机械臂总成初始状态的局部示意图。
图7为本发明一实施例中机械臂总成转动至极限转动角θ的局部示意图。
图8为本发明一实施例中躯干总成转动至极限转动角β的局部示意图。
图9为本发明一实施例的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1-图9，本仿生机器人腰部控制系统，包括佩戴于操作者手部且用于感应手部动作的手部控制装置、及与手部控制装置沟通互联的仿生机器人；仿生机器人包括躯干总成C、下肢移动总成D、机械臂总成E和控制组件，其中机械臂总成E设置两套，使仿生机器人的形态更加接近人类，两套机械臂总成E分别设置于躯干总成C左右侧；躯干总成C与下肢移动总成D之间设置有腰部转动组件，躯干总成C通过腰部转动组件与下肢移动总成D顶部转动连接；躯干总成C与机械臂总成E之间设置有肩部转动组件，躯干总成C顶部通过肩部转动组件与机械臂总成E转动连接；控制组件包括用于接收来自手部控制装置动作指令的信号接收器、用于控制机械臂总成E执行动作指令的手臂控制芯片、及用于控制躯干总成C完成扭腰动作的腰部控制芯片；手部控制装置通过5G通讯、wifi、蓝牙等无线通讯方式与信号接收器沟通互联，以便进行远程操控；手臂控制芯片控制连接肩部转动组件，以通过肩部转动组件控制机械臂总成E完成相关动作；腰部控制芯片控制连接腰部转动组件，当手部控制装置控制机械臂总成E的动作超过设定的极限转动角θ，且于极限转动角θ的速度超过设定的瞬时速度V时，腰部控制芯片通过腰部转动组件控制躯干总成C完成扭腰动作。
进一步地，肩部转动组件包括肩部动力电机1，肩部动力电机1固定设置于躯干总成C顶部，且肩部动力电机1的输出轴传动连接机械臂总成E；手臂控制芯片控制连接肩部动力电机1，手臂控制芯片根据来自手部控制装置的动作指令控制肩部动力电机1工作，在肩部动力电机1的驱动下，机械臂总成E相对躯干总成C可完成向前转动的动作。
进一步地，腰部转动组件包括腰部动力电机2，腰部动力电机2固定设置于躯干总成C底部，腰部动力电机2的输出轴传动连接下肢移动总成D；腰部控制芯片控制连接腰部动力电机2，腰部控制芯片根据来自手部控制装置的动作指令控制腰部动力电机2工作，在腰部动力电机2的驱动下，躯干总成C相对下肢移动总成D可完成扭腰动作。
进一步地，机械臂总成E相对躯干总成C的极限转动角θ为65°；躯干总成C相对下肢移动总成D的极限转动角β为50°；因此，机械臂总成E相对下肢移动总成D的最大转动角ω为极限转动角θ与极限转动角β之和，即：最大转动角ω=极限转动角θ+极限转动角β=115°。
进一步地，手部控制装置包括相互沟通互联的手柄控制器和手臂控制器；手柄控制器包括用于感应手腕动作的手柄传感模块和用于将手腕动作转换成手腕动作信号的手柄控制芯片，手柄传感模块有线连接手柄控制芯片，手柄控制芯片通过5G通讯、wifi、蓝牙等无线通讯方式与信号接收器沟通互联，手柄控制芯片通过信号接收器与手臂控制芯片沟通互联；手臂控制器包括用于感应后臂动作的后臂传感模块和用于将后臂动作转换成后臂动作信号的后臂控制芯片，后臂传感模块有线连接后臂控制芯片，后臂控制芯片通过5G通讯、wifi、蓝牙等无线通讯方式与信号接收器沟通互联，后臂控制芯片通过信号接收器与手臂控制芯片沟通互联。
具体地，为方便操作员可通过双手进行操控，手柄控制器包括左手柄控制器A1和右手柄控制器B1；手臂控制器包括与左手柄控制器A1配套且连接的左手臂控制器A2、及与右手柄控制器B1配套且连接的右手臂控制器B2；左手柄控制器A1和右手柄控制器B1上分别设置有前进键和后退键；同时触动左手柄控制器A1上的前进键和右手柄控制器B1上的前进键，以控制仿生机器人前进；同时触动左手柄控制器A1上的后退键和右手柄控制器B1上的后退键，以控制仿生机器人后退；同时触动左手柄控制器A1上的前进键和右手柄控制器B1上的后退键，以控制仿生机器人左转；同时触动左手柄控制器A1上的后退键和右手柄控制器B1上的前进键，以控制仿生机器人右转；仿生机器人的移动动作和扭腰动作同时进行或分别单独进行。
上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种仿生机器人腰部控制系统，包括佩戴于操作者手部且用于感应手部动作的手部控制装置、及与手部控制装置沟通互联的仿生机器人；所述仿生机器人包括躯干总成（C）、下肢移动总成（D）、机械臂总成（E）和控制组件；所述躯干总成（C）与下肢移动总成（D）之间设置有腰部转动组件，躯干总成（C）通过腰部转动组件与下肢移动总成（D）转动连接；所述躯干总成（C）与机械臂总成（E）之间设置有肩部转动组件，躯干总成（C）通过肩部转动组件与机械臂总成（E）转动连接；所述控制组件包括用于接收来自手部控制装置动作指令的信号接收器、用于控制机械臂总成（E）执行动作指令的手臂控制芯片、及用于控制躯干总成（C）完成扭腰动作的腰部控制芯片；所述手臂控制芯片控制连接肩部转动组件；所述腰部控制芯片控制连接腰部转动组件，当手部控制装置控制机械臂总成（E）的动作超过设定的极限转动角θ，且于极限转动角θ的速度超过设定的瞬时速度V时，腰部控制芯片通过腰部转动组件控制躯干总成（C）完成扭腰动作；
其特征在于：所述手部控制装置包括相互沟通互联的手柄控制器和手臂控制器；所述手柄控制器包括用于感应手腕动作的手柄传感模块和用于将手腕动作转换成手腕动作信号的手柄控制芯片，手柄控制芯片通过信号接收器与手臂控制芯片沟通互联；所述手臂控制器包括用于感应后臂动作的后臂传感模块和用于将后臂动作转换成后臂动作信号的后臂控制芯片，后臂控制芯片通过信号接收器与手臂控制芯片沟通互联；
机械臂总成（E）相对下肢移动总成（D）的最大转动角ω为机械臂总成（E）相对躯干总成（C）的极限转动角θ与躯干总成（C）相对下肢移动总成（D）的极限转动角β之和。
2.根据权利要求1所述的仿生机器人腰部控制系统，其特征在于：所述肩部转动组件包括肩部动力电机（1），肩部动力电机（1）设置于躯干总成（C）上，且肩部动力电机（1）的输出轴传动连接机械臂总成（E），手臂控制芯片控制连接肩部动力电机（1），手臂控制芯片根据来自手部控制装置的动作指令控制肩部动力电机（1）工作。
3.根据权利要求1所述的仿生机器人腰部控制系统，其特征在于：所述腰部转动组件包括腰部动力电机（2），腰部动力电机（2）设置于躯干总成（C）上，腰部动力电机（2）的输出轴传动连接下肢移动总成（D），腰部控制芯片控制连接腰部动力电机（2），腰部控制芯片根据来自手部控制装置的动作指令控制腰部动力电机（2）工作。
4.根据权利要求1所述的仿生机器人腰部控制系统，其特征在于：所述机械臂总成（E）相对躯干总成（C）的极限转动角θ为60°-70°。
5.根据权利要求1所述的仿生机器人腰部控制系统，其特征在于：所述躯干总成（C）相对下肢移动总成（D）的极限转动角β为45°-55°。
6.根据权利要求1所述的仿生机器人腰部控制系统，其特征在于：所述手柄控制器包括左手柄控制器（A1）和右手柄控制器（B1）；所述手臂控制器包括与左手柄控制器（A1）配套且连接的左手臂控制器（A2）、及与右手柄控制器（B1）配套且连接的右手臂控制器（B2）；所述左手柄控制器（A1）和右手柄控制器（B1）上分别设置有前进键和后退键；所述仿生机器人的移动动作和扭腰动作同时进行或分别单独进行。
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