CN111221408A - 一种机器人触感反馈手套的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机器人触感反馈手套的控制系统，包括触感反馈手套、机器人姿态控制模组及机器人触感反馈模组；触感反馈手套上设置有手掌控制器、手套通讯模块和触感反馈振子，手套通讯模块、触感反馈振子分别连接手掌控制器；机器人姿态控制模组包括第一机器人通讯模块、机器人控制主板和机器人姿态控制电机，第一机器人通讯模块和机器人姿态控制电机分别连接机器人控制主板；机器人触感反馈模组包括第二机器人通讯模块、触感反馈处理主板和触感传感模块，第二机器人通讯模块和触感传感模块分别连接触感反馈处理主板；手套通讯模块分别与第一机器人通讯模块和第二机器人通讯模块沟通互联。本发明可大大提升操作员与机器人的交互性。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人控制器，具体是一种机器人触感反馈手套的控制系统。
背景技术
传统的机器人控制模式一般是通过向控制器输入运动指令来控制机器人的运动；这种控制模式的缺点是操作复杂且很不直观，操作者事先需要进行培训，对操作者要求较高，需要他们有一定的计算机编程知识；即使这样，即使经过培训的操作者对机器人的控制也很难具备实时性和交互性。
最近几年机器人的控制模式发生了变化，具体是由操作者戴上数据手套通过机器人系统实时控制机器人，操作者通过改变自身的姿态可以对机器人的机械手作出相应的调整，与传统控制方法中操作通过输入运动指令的间接控制相比，这种直接的控制方法更加符合人类的操作习惯；但这种控制模式使用的控制器还不能让操作者知道机器人的触感，这样大大降低对机器人控制灵活性。
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，而提供一种机器人触感反馈手套的控制系统，其可通过触感反馈让操作员清楚机器人的触感压力，大大提升了操作员与机器人的交互性。
本发明的目的是这样实现的：
一种机器人触感反馈手套的控制系统，其特征在于：包括
触感反馈手套：用于读取操作员的手掌动作以生成手掌动作数据，并接收来自机器人的触感反馈数据、及向机器人发送姿态数据；
机器人姿态控制模组：设置于仿生机器人上，用于接收来自触感反馈手套的姿态数据，并控制仿生机器人输出相应姿态；
机器人触感反馈模组：设置于仿生机器人上，用于处理仿生机器人上的触感反馈数据，并向触感反馈手套发送触感反馈数据；
所述触感反馈手套上设置有手掌控制器、手套通讯模块和一个以上触感反馈振子，手套通讯模块、一个以上触感反馈振子分别连接手掌控制器；所述机器人姿态控制模组包括第一机器人通讯模块、机器人控制主板和机器人姿态控制电机，第一机器人通讯模块和机器人姿态控制电机分别连接机器人控制主板；所述机器人触感反馈模组包括第二机器人通讯模块、触感反馈处理主板和一个以上触感传感模块，第二机器人通讯模块和一个以上触感传感模块分别连接触感反馈处理主板；所述手套通讯模块分别与第一机器人通讯模块和第二机器人通讯模块沟通互联。
所述手掌控制器上设置有用于读取操作员手掌动作的手套传感模块、及将手掌动作转换成手掌动作数据的手套控制芯片，手套传感模块与手套控制芯片相互连接。
所述手套通讯模块与第一机器人通讯模块之间通过5G、蓝牙或WIFI等通讯方式进行沟通互联；和/或，所述手套通讯模块与第二机器人通讯模块之间通过5G、蓝牙或WIFI等通讯方式进行沟通互联。
所述触感反馈振子包括设置位置与人体拇指对应的拇指触感反馈振子、设置位置与人体食指对应的食指触感反馈振子、设置位置于人体中指对应的中指触感反馈振子、设置位置与人体无名指对应的无名指触感反馈振子、及设置位置与人体尾指对应的尾指触感反馈振子；
所述触感传感模块包括设置于仿生机器人拇指上的拇指触感传感模块、设置于仿生机器人食指上的食指触感传感模块、设置于仿生机器人中指上的中指触感传感模块、设置于仿生机器人无名指上的无名指触感传感模块、及设置于仿生机器人尾指上的尾指触感传感模块；
所述拇指触感传感模块的触感反馈于拇指触感反馈振子上，所述食指触感传感模块的触感反馈于食指触感反馈振子上，所述中指触感传感模块的触感反馈于中指触感反馈振子上，所述无名指触感传感模块的触感反馈于无名指触感反馈振子上，所述尾指触感传感模块的触感反馈于尾指触感反馈振子上。
所述触感反馈振子包括设置位置与人体手心对应的n个手心触感反馈振子，n为自然数；所述触感传感模块包括设置于仿生机器人手心上的手心触感传感模块，手心触感传感模块与手心触感反馈振子一一对应；所述手心触感传感模块的触感反馈于相应的手心触感反馈振子上。
所述触感传感模块为通过触碰物体压力来感知触感的压电传感模块。
本控制系统还包括手臂控制装置，手臂控制装置上设置有用于读取操作员手臂动作数据的手臂传感模块、及用于发送手臂动作数据的手臂通讯模块，手臂传感模块与手臂通讯模块相互连接；所述手臂传感模块通过手臂通讯模块与手掌控制器沟通互联。
本控制系统还包括腰带控制装置，腰带控制装置上设置有根据操作员手臂动作生成扭腰动作数据的腰部控制模块、及用于发送扭腰动作数据的腰带通讯模块，腰部控制模块与腰带通讯模块相互连接；所述腰部控制模块通过腰带通讯模块和/或手臂通讯模块与手掌控制器沟通互联。
所述手掌控制器将手掌动作数据、手臂动作数据和/或扭腰动作数据整合成所述姿态数据。
本发明的有益效果如下：
触感反馈的通信与姿态数据的通信是两套独立的通信系统；其中，触摸反馈是由安装在机器人手掌上的多个触感传感模块获取触感，触感传感模块为通过触碰物体压力来感知触感的压电传感模块，通过机器人手掌的多个压触感传感模块获得压力数据，然后通过仿生机器人上的触感反馈处理主板处理数据，再通过相应的通讯模块把压力数据发送给触感反馈手套上，触感反馈手套根据接收的压力数据控制触感反馈手套上相应的触感反馈振子振动，进而达到仿生机器人手掌触感反馈的效果；触感传感模块取得的压力越大，触感反馈振子的振动就越厉害；可见，通过本控制系统可让操作员感受到仿生机器人手掌的压力，达到反馈仿生机器人触感的目的。鉴于上述有效的触感反馈控制，当操作员戴上本触感反馈手套控制仿生机器人拿取物件时，操作员不需要用肉眼判断，系统通过振动方式向操作员提示仿生机器人触碰到物件或拿取物件，让操作员感受到仿生机器人的触摸力度，大大提升了操作员与仿生机器人的交互性。
附图说明
图1为本发明一实施例中控制系统的原理图。
图2为本发明一实施例中触感反馈的原理图。
图3为本发明一实施例中控制器组的框线图。
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3，本机器人触感反馈手套的控制系统，包括
触感反馈手套：用于读取操作员的手掌动作以生成手掌动作数据，并接收来自机器人的触感反馈数据、及向机器人发送姿态数据；
机器人姿态控制模组：设置于仿生机器人上，用于接收来自触感反馈手套的姿态数据，并控制仿生机器人输出相应姿态；
机器人触感反馈模组：设置于仿生机器人上，用于处理仿生机器人上的触感反馈数据，并向触感反馈手套发送触感反馈数据；
触感反馈手套上设置有手掌控制器、手套通讯模块和一个以上触感反馈振子，手套通讯模块、一个以上触感反馈振子分别连接手掌控制器；机器人姿态控制模组包括第一机器人通讯模块、机器人控制主板和机器人姿态控制电机，第一机器人通讯模块和机器人姿态控制电机分别连接机器人控制主板；机器人触感反馈模组包括第二机器人通讯模块、触感反馈处理主板和一个以上触感传感模块，第二机器人通讯模块和一个以上触感传感模块分别连接触感反馈处理主板；手套通讯模块分别与第一机器人通讯模块和第二机器人通讯模块沟通互联。
需要说明的是，本实施例涉及的仿生机器人拥有两只机器人手掌，故触感反馈手套包括佩戴于操作员左手的左触感反馈手套和佩戴于操作员右手的右触感反馈手套，左右触感反馈手套的结构大致相同（即所述触感反馈手套），这里不分开阐述；左右触感反馈手套相互之间互不干涉，均可独立控制相应的机器人手掌完成相应的动作。
进一步地，手掌控制器上设置有用于读取操作员手掌动作的手套传感模块、及将手掌动作转换成手掌动作数据的手套控制芯片，手套传感模块与手套控制芯片彼此通过有线或无线方式相互沟通互联，实现彼此之间的数据传输。
进一步地，手套通讯模块与第一机器人通讯模块之间通过5G、蓝牙或WIFI等通讯方式进行沟通互联，以便实现远程控制；手套通讯模块与第二机器人通讯模块之间通过5G、蓝牙或WIFI等通讯方式进行沟通互联，以便实现远程控制。
进一步地，触感反馈振子包括设置位置与人体拇指对应的拇指触感反馈振子、设置位置与人体食指对应的食指触感反馈振子、设置位置于人体中指对应的中指触感反馈振子、设置位置与人体无名指对应的无名指触感反馈振子、及设置位置与人体尾指对应的尾指触感反馈振子；
触感传感模块包括设置于仿生机器人拇指上的拇指触感传感模块、设置于仿生机器人食指上的食指触感传感模块、设置于仿生机器人中指上的中指触感传感模块、设置于仿生机器人无名指上的无名指触感传感模块、及设置于仿生机器人尾指上的尾指触感传感模块；
拇指触感传感模块的触感反馈于拇指触感反馈振子上，食指触感传感模块的触感反馈于食指触感反馈振子上，中指触感传感模块的触感反馈于中指触感反馈振子上，无名指触感传感模块的触感反馈于无名指触感反馈振子上，尾指触感传感模块的触感反馈于尾指触感反馈振子上。
进一步地，触感反馈振子还包括设置位置与人体手心对应的三个手心触感反馈振子（本实施例以手心触感反馈振子设置三个为例进行说明，当然其设置数量不限于三个，可以是一个以上，各手心触感反馈振子的功能、作用相同，这里不一一说明）；触感传感模块包括设置于仿生机器人手心上的手心触感传感模块，手心触感传感模块与手心触感反馈振子一一对应；手心触感传感模块的触感反馈于相应的手心触感反馈振子上。
进一步地，触感传感模块为通过触碰物体压力来感知触感的压电传感模块，通过机器人手掌上的多个压触感传感模块获得压力数据，然后通过仿生机器人上的触感反馈处理主板处理数据，再通过相应的通讯模块把压力数据发送给触感反馈手套上，触感反馈手套根据接收的压力数据控制触感反馈手套上相应的触感反馈振子振动，进而达到仿生机器人手掌触感反馈的效果；触感传感模块取得的压力越大，触感反馈振子的振动就越厉害；可见，通过本控制系统可让操作员感受到仿生机器人手掌的压力，达到反馈仿生机器人触感的目的。
进一步地，本控制系统还包括手臂控制装置，手臂控制装置上设置有用于读取操作员手臂动作数据的手臂传感模块、及用于发送手臂动作数据的手臂通讯模块，手臂传感模块与手臂通讯模块彼此通过有线或无线方式相互沟通互联，实现彼此之间的数据传输；手臂传感模块通过手臂通讯模块与手掌控制器上的手套控制芯片沟通互联。
进一步地，本控制系统还包括腰带控制装置，腰带控制装置上设置有根据操作员手臂动作生成扭腰动作数据的腰部控制模块、及用于发送扭腰动作数据的腰带通讯模块，腰部控制模块与腰带通讯模块彼此通过有线或无线方式相互沟通互联，实现彼此之间的数据传输；腰部控制模块通过腰带通讯模块和手臂通讯模块与手掌控制器上的手套控制芯片沟通互联。
进一步地，通过腰带控制装置获得扭腰动作数据，通过左右手臂控制装置获得手臂动作数据，通过左右触感反馈手套获得手掌动作数据；手掌控制器中的手套控制芯片可将手掌动作数据、手臂动作数据和/或扭腰动作数据等动作数据整合成姿态数据，使仿生机器人可同时完成相应的手掌动作、手臂动作和/或扭腰动作等，实现控制姿态的输出。
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 (9)
1.一种机器人触感反馈手套的控制系统，其特征在于：包括
触感反馈手套：用于读取操作员的手掌动作以生成手掌动作数据，并接收来自机器人的触感反馈数据、及向机器人发送姿态数据；
机器人姿态控制模组：设置于仿生机器人上，用于接收来自触感反馈手套的姿态数据，并控制仿生机器人输出相应姿态；
机器人触感反馈模组：设置于仿生机器人上，用于处理仿生机器人上的触感反馈数据，并向触感反馈手套发送触感反馈数据；
所述触感反馈手套上设置有手掌控制器、手套通讯模块和一个以上触感反馈振子，手套通讯模块、一个以上触感反馈振子分别连接手掌控制器；所述机器人姿态控制模组包括第一机器人通讯模块、机器人控制主板和机器人姿态控制电机，第一机器人通讯模块和机器人姿态控制电机分别连接机器人控制主板；所述机器人触感反馈模组包括第二机器人通讯模块、触感反馈处理主板和一个以上触感传感模块，第二机器人通讯模块和一个以上触感传感模块分别连接触感反馈处理主板；所述手套通讯模块分别与第一机器人通讯模块和第二机器人通讯模块沟通互联。
2.根据权利要求1所述的机器人触感反馈手套的控制系统，其特征在于：所述手掌控制器上设置有用于读取操作员手掌动作的手套传感模块、及将手掌动作转换成手掌动作数据的手套控制芯片，手套传感模块与手套控制芯片相互连接。
3.根据权利要求1所述的机器人触感反馈手套的控制系统，其特征在于：所述手套通讯模块与第一机器人通讯模块之间通过5G、蓝牙或WIFI进行沟通互联；和/或，所述手套通讯模块与第二机器人通讯模块之间通过5G、蓝牙或WIFI进行沟通互联。
4.根据权利要求1所述的机器人触感反馈手套的控制系统，其特征在于：所述触感反馈振子包括设置位置与人体拇指对应的拇指触感反馈振子、设置位置与人体食指对应的食指触感反馈振子、设置位置于人体中指对应的中指触感反馈振子、设置位置与人体无名指对应的无名指触感反馈振子、及设置位置与人体尾指对应的尾指触感反馈振子；
所述触感传感模块包括设置于仿生机器人拇指上的拇指触感传感模块、设置于仿生机器人食指上的食指触感传感模块、设置于仿生机器人中指上的中指触感传感模块、设置于仿生机器人无名指上的无名指触感传感模块、及设置于仿生机器人尾指上的尾指触感传感模块；
所述拇指触感传感模块的触感反馈于拇指触感反馈振子上，所述食指触感传感模块的触感反馈于食指触感反馈振子上，所述中指触感传感模块的触感反馈于中指触感反馈振子上，所述无名指触感传感模块的触感反馈于无名指触感反馈振子上，所述尾指触感传感模块的触感反馈于尾指触感反馈振子上。
5.根据权利要求1或4所述的机器人触感反馈手套的控制系统，其特征在于：所述触感反馈振子包括设置位置与人体手心对应的n个手心触感反馈振子，n为自然数；所述触感传感模块包括设置于仿生机器人手心上的手心触感传感模块，手心触感传感模块与手心触感反馈振子一一对应；所述手心触感传感模块的触感反馈于相应的手心触感反馈振子上。
6.根据权利要求1所述的机器人触感反馈手套的控制系统，其特征在于：所述触感传感模块为通过触碰物体压力来感知触感的压电传感模块。
7.根据权利要求1所述的机器人触感反馈手套的控制系统，其特征在于：还包括手臂控制装置，手臂控制装置上设置有用于读取操作员手臂动作数据的手臂传感模块、及用于发送手臂动作数据的手臂通讯模块，手臂传感模块与手臂通讯模块相互连接；所述手臂传感模块通过手臂通讯模块与手掌控制器沟通互联。
8.根据权利要求7所述的机器人触感反馈手套的控制系统，其特征在于：还包括腰带控制装置，腰带控制装置上设置有根据操作员手臂动作生成扭腰动作数据的腰部控制模块、及用于发送扭腰动作数据的腰带通讯模块，腰部控制模块与腰带通讯模块相互连接；所述腰部控制模块通过腰带通讯模块和/或手臂通讯模块与手掌控制器沟通互联。
9.根据权利要求8所述的机器人触感反馈手套的控制系统，其特征在于：所述手掌控制器将手掌动作数据、手臂动作数据和/或扭腰动作数据整合成所述姿态数据。
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