CN113664796B - 一种主从臂控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主从臂控制系统，包括主动臂及从动臂，还包括处理模块、通讯模块及操作模块；通讯模块用于对主动臂及从动臂、处理模块及操作模块之间进行数据交互；操作模块用于与用户进行交互，发送操作指令，并传达至处理模块；处理模块用于接收数据并对其进行处理，控制主动臂及从动臂的运动。通过设置处理模块可对主动臂及从动臂的运动参数及轨迹参数等进行数字化处理，以控制主动臂及从动臂的运动行程，通过设置操作模块可编辑操作指令，传达至处理模块，完成控制动作，通过展示单元可对主动臂及从动臂的参数信息进行展示，使操作者可直观获取主动臂及从动臂的移动数据，提升操作体验并提高操作效率。

Description

一种主从臂控制系统

技术领域

本发明涉及机械臂控制技术领域，特别涉及一种主从臂控制系统。

背景技术

随着科技的进步，人类的作业领域不断增大，常常需要人类在一些高危险或难以接近的环境中进行作业，因此研究开发能够主动适应环境变化的智能机器人代替人类进行这些作业具有重大的意义。主从操作机器人正是在这种需求下孕育发展起来。主从操作机器人从二十世纪六十年代出现，经过将近半个世纪的发展，己经取得了很大的成就，其成果己经广泛被运用于工业，民用的各个领域，并带来了巨大的经济效益，而且随着科学技术的进一步发展，它的应用前景将更加广阔。

主从臂操作系统是指在人的操纵下能在人难以接近(距离遥远、对人有害或操作有难度)的环境中完成比较复杂的精细操作的一种远距离操作系统，而主从操作机器人是指以双向操作为主体的遥控机器人。主从操作机器人系统由以下几个部分组成:操作者、主动臂、从动臂、感知系统、控制系统等。主动臂由操作者直接控制，主动臂根据操作者的操作向在现场的从动臂发出指令，使从动臂进行作业，同时从动臂将现场的信息如视觉、触觉、听觉等通过传感器反馈回操作者。现有市场上的主从臂操作系统技术过于简单，只有简单的直连模式，缺少直观的动作展示等，控制体验较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种主从臂控制系统，旨在解决现有技术中主从臂操作系统技术过于简单，只有简单的直连模式，缺少直观的动作展示等，控制体验较差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现的：一种主从臂控制系统，包括主动臂及从动臂，所述主从臂控制系统还包括处理模块、通讯模块及操作模块；所述通讯模块用于对所述主动臂及从动臂、所述处理模块及所述操作模块之间进行数据交互；所述操作模块用于与用户进行交互，发送操作指令，并传达至所述处理模块，其中，所述操作模块包括展示单元，所述展示单元用于对所述主动臂及从动臂的参数信息等进行展示；所述处理模块用于接收数据并对其进行处理，控制所述主动臂及从动臂的运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过设置通讯模块对主动臂及从动臂进行数据交互，通过设置处理模块可对主动臂及从动臂的运动参数及轨迹参数等进行数字化处理，以控制主动臂及从动臂的运动行程，通过设置操作模块，其中该操作模块包括显示屏，通过显示屏可编辑操作指令，传达至处理模块，完成控制动作，操作模块还包括展示单元，通过展示单元可对主动臂及从动臂的参数信息进行展示，其中该参数信息包括主动臂及从动臂的坐标点信息、移动轨迹、模拟仿真运动，使操作者可直观获取主动臂及从动臂的移动数据，提高操作体验并提高操作效率。

根据上述技术方案的一方面，所述主从臂控制系统还包括与所述操作模块及所述处理模块连接的数据模块，所述数据模块用于存储所述主动臂及从动臂的参数信息。

根据上述技术方案的一方面，所述数据模块包括数据管理单元，所述数据管理单元用于对所述主动臂及从动臂的参数等信息进行存储管理。

根据上述技术方案的一方面，所述数据模块包括用户管理单元，所述用户管理单元用于对用户登录、用户管理及权限管理等信息进行存储管理。

根据上述技术方案的一方面，所述操作模块还包括操作单元及设置单元；所述操作单元用于用户登录，并根据用户权限进行操作下发操作指令；所述设置单元用于对所述主动臂及从动臂的参数信息，及系统信息、用户管理及系统版本等进行设置。

根据上述技术方案的一方面，所述通讯模块包括连接单元、解析单元及监听单元；所述连接单元包括I/O端口，所述主动臂及从动臂上设有与所述I/O端口相应的连接端口，所述连接端口与所述I/O端口连接；所述解析单元用于对所述主动臂及从动臂的数据流进行分包及解码处理，解码后根据设计好的通讯协议进行消息解析，并根据解析的内容进行推送、封装和转发；所述监听单元用于实时监测所述操作指令。

根据上述技术方案的一方面，所述处理模块包括接收单元，所述接收单元用于接收所述通讯模块传达的数据，并根据分辨所述数据的类型，对其进行日志存储，并保存至所述数据模块。

根据上述技术方案的一方面，所述处理模块包括传输单元，所述传输单元用于与所述数据模块进行HTTP通信，查询及配置系统，并进行消息封装，转发至所述从动臂。

根据上述技术方案的一方面，所述处理模块包括交互单元，所述交互单元包括开放的websocke端口，所述处理模块能通过所述websocke端口向所述操作模块推送设备状态等数据，所述操作模块能通过所述websocke端口查询日志信息。

根据上述技术方案的一方面，所述处理模块还包括调度单元，所述调度单元可根据配置参数，对设备模型及算法模型进行调度。

附图说明

图1为本发明第一实施例中主从臂控制系统的结构框图；

图2为本发明第二实施例中主从臂控制系统的结构框图；

图3为本发明第二实施例中操作模块的操作界面流程图；

主要元件符号说明：

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，所示为本发明第一实施例中的主从臂控制系统，包括主动臂50及从动臂60，所述主从臂控制系统还包括处理模块30、通讯模块40及操作模块10；所述通讯模块40用于对所述主动臂50及从动臂60、所述处理模块30及所述操作模块10之间进行数据交互；所述操作模块10用于与用户进行交互，发送操作指令，并传达至所述处理模块30，其中，所述操作模块10包括展示单元11，所述展示单元11用于对所述主动臂50及从动臂60的参数信息等进行展示；所述处理模块30用于接收并对数据进行处理，控制所述主动臂50及从动臂60的参数运动。

便于理解地，现有技术中，由于操作环境的影响，主动臂50通常为人工操作，从动臂60在操作现场与主动臂50进行同步操作，其操作准确度存在偏差，缺少直观的动作展示。

具体来说，在本实施例中，通过设置通讯模块40对主动臂50及从动臂60进行数据交互，通过设置处理模块30可对主动臂50及从动臂60的运动参数及轨迹参数等进行数字化处理，以控制主动臂50及从动臂60的运动行程，通过设置操作模块10，其中该操作模块10包括显示屏，通过显示屏可编辑操作指令，传达至处理模块30，完成控制动作，操作模块10还包括展示单元11，通过展示单元11可对主动臂50及从动臂60的参数信息进行展示，其中该参数信息包括主动臂50及从动臂60的坐标点信息、移动轨迹、模拟仿真运动，使操作者可直观获取主动臂50及从动臂60的移动数据，提高操作体验并提高操作效率。

请查阅图2至图3，所示为本发明第二实施例中的主从臂控制系统，本实施例当中的主从臂控制系统与第一实施例当中的主从臂控制系统的不同之处在于：

在本实施例中，所述主从臂控制系统还包括与所述操作模块10及所述处理模块30连接的数据模块20，所述数据模块20用于存储所述主动臂50及从动臂60的参数信息。其中，上述数据模块20包括数据库，在本实施例中使用MySQL数据库进行设计。

进一步地，所述数据模块20包括数据管理单元21，所述数据管理单元21用于对所述主动臂50及从动臂60的参数等信息进行存储管理。上述参数信息包括主动臂50及从动臂60的运动的轨迹记录，该轨迹记录包括轨迹数据及轨迹组等运动参数。具体地，其中轨迹数据可包括主动臂50及从动臂60的运动坐标等，轨迹组可理解为若干个单独的动作组合行程的连贯性动作，通过对多个不同的运动轨迹数据进行组合可满足不同的动作需求；上述运动参数还包括主动臂50及从动臂60的系统信息，上述主动臂50及从动臂60的系统信息包括主动臂50及从动臂60的通讯协议、关节动作范围设置和3D模型文件的导入等，还包括从动臂60的默认速度、高速速度和允许的姿态偏差角度等。

更进一步地，所述数据模块20包括用户管理单元22，所述用户管理单元22用于对用户登录、用户管理及权限管理等信息进行存储管理。

在本实施例中，所述操作模块10还包括操作单元12及设置单元13；所述操作单元12用于用户登录，并根据用户权限进行操作下发操作指令；所述设置单元13用于对所述主动臂50及从动臂60的参数信息，及系统信息、用户管理及系统版本等进行设置。

在本实施例中，上述操作模块10包括显示屏，如图3所示为所述操作模块10的界面流程图，其中当进入登录页面时，可根据用户管理单元22中的数据对用户进行识别，并根据其权限执行其可实施的操作指令。通过展示单元11可对轨迹记录、主动臂50及从动臂60的仿真模型、关节数据等进行查看。可以理解地，用户通过上述设置单元13，可对数据模块20中的信息进行修改，主要包括对轨迹数据和轨迹组组数据进行增删改查，对主动臂50及从动臂60的通讯协议、关节动作范围设置和3D模型文件的导入等进行添加和修改，对从动臂60的默认速度、高速速度和允许的姿态偏差角度等进行添加和修改，对用户登录，用户管理和权限管理等信息进行设置。此外，该显示屏可通过通讯模块40将主动臂50及从动臂60的数据经处理模块30的处理，显示出3D仿真模型，通过设置单元13，可对从臂的轨迹点进行新增、修改、删除等，并关联多个轨迹点形成新的轨迹路径，以供仿真或者从臂执行，即在进行执行前可根据仿真模型进行模拟运动。具体来说，该模型包括从动臂真实模型及从动臂虚拟模型，前者主要实现从动臂姿态的实时展示，后者主要实现轨迹的模拟仿真。在编辑轨迹时，可以先利用虚拟模型进行模拟仿真，根据仿真的情况进行调整，待确定后，再应用于从动臂，进行实际控制。现有技术中，传统的主从动臂平台，对于系统设置管理，仅有简单的按钮或者需要开发者进入后台进行设置和查阅系统信息，需要专业技术人员操作，并且操作复杂，不利于主从动臂多场景推广应用。在本实施例中，通过设置该操作模块10，大大简化了操作者设置、查看主从臂信息和参数的操作步骤，提高了产品的实用性，提高了主从臂系统的多场景应用能力。

在本实施例中，所述通讯模块40包括连接单元42、解析单元41及监听单元43；所述连接单元42包括I/O端口，所述主动臂50及从动臂60上设有与所述I/O端口相应的连接端口，所述连接端口与所述I/O端口连接；所述解析单元41用于对所述主动臂50及从动臂60的数据流进行分包及解码处理，解码后根据设计好的通讯协议进行消息解析，并根据解析的内容进行推送、封装和转发；所述监听单元43用于实时监测所述操作指令。

具体来说，本实施例中的通讯模块40包括I/O端口，通过I/O端口与主动臂50及从动臂60上的连接端口进行连接，其内部的其他模块通过Camel消息路由互联互通。其中监听单元43包括netty:tcp网络监听服务。具体实施时，该主从臂控制系统运行时云端开启netty:tcp网络监听服务，主动臂50及从动臂60的数据通过连接端口与I/O模块连接；当通讯模块40接收到数据后将首先对数据流进行分包及解码处理；解码后根据设计好的通讯协议解析模块进行消息解析，并根据解析的内容进行推送及封装，最后转发至处理模块30。

在本实施例中，所述处理模块30包括接收单元31，所述接收单元31用于接收所述通讯模块40传达的数据，并根据分辨所述数据的类型，对其进行日志存储，并保存至所述数据模块20。

此外，所述处理模块30包括传输单元33，所述传输单元33用于与所述数据模块20进行HTTP通信，查询及配置系统，并进行消息封装，转发至所述从动臂60。便于理解地，当操作者从操作模块10上选择执行操作指令时，传达至处理模块30，通过该传输单元33与数据模块20进行HTTP通信，从数据管理单元21中查询并配置所需的参数，例如某一轨迹组等，然后对该参数进行封装，通过通讯模块40转发至从动臂60。

进一步地，所述处理模块30包括交互单元32，所述交互单元32包括开放的websocke端口，所述处理模块30能通过所述websocke端口向所述操作模块10推送设备状态等数据，所述操作模块10能通过所述websocke端口查询日志信息。处理模块30包括交互单元32，交互单元32包括websocke端口，当操作模块10下发操作指令时，可通过该websocke端口传输至处理模块30，上述操作指令可包括查询日志信息等，同时该处理模块30还能通过websocke端口向操作模块10推送设备状态等数据。

在本实施例中，所述处理模块30还包括调度单元34，所述调度单元34可根据配置参数，对设备模型、算法模型等扩展模块进行调度。方便理解地，该调度单元34可根据设定的业务规则进行综合调度处理，并指挥和调配主从臂执行相应的动作。

总的来说，该主从臂操作系统包括主动臂50与从动臂60、操作模块10、通讯模块40、处理模块30及数据模块20组成，该系统通过通讯模块40与主动臂50与从动臂60实现通信适配，其中操作模块10负责数据的展示，业务的设定、主动臂50及从动臂60的3D数字孪生及用户交互等；数据模块20承担系统的配置数据存储及用户管理；处理模块30相当于整个系统的大脑中枢，数据在根据设定的业务规则进行综合调度处理，并指挥和调配主从臂执行相应的动作。

综上，本发明上述实施例当中的主从臂控制系统，通过设置通讯模块40对主动臂50及从动臂60进行数据交互，通过设置处理模块30可对主动臂50及从动臂60的运动参数及轨迹参数等进行数字化处理，以控制主动臂50及从动臂60的运动行程，通过设置操作模块10，其中该操作模块10包括显示屏，通过显示屏可操作编辑指令，传达至处理模块30，完成控制动作，通过操作模块10还包括展示单元11，可对主动臂50及从动臂60的参数信息进行展示，其中该参数信息包括主动臂50及从动臂60的坐标点信息、移动轨迹、模拟仿真运动，使操作者可直观获取主动臂50及从动臂60的移动数据，提高操作体验并提高操作效率，通过通讯模块40，方便云端远程对主动臂50及从动臂60进行操控，通过解析单元41对该数据进行数字化处理，便于系统的智能化操作，通过设置数据管理单元21可将主动臂50及从动臂60的运动参数进行储存，方便后续直接调用执行，同时通过设置单元13可对该参数进行仿真模拟，并对其进行修改添加，直至达到预期效果再进行执行操作，提高了该主从臂控制系统的操作精度和操作效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种主从臂控制系统，包括主动臂及从动臂，其特征在于，所述主从臂控制系统还包括处理模块、通讯模块及操作模块；

所述通讯模块用于所述主动臂及从动臂、所述处理模块及所述操作模块之间进行数据交互；

所述操作模块用于与用户进行交互，发送操作指令，并传达至所述处理模块，其中，所述操作模块包括展示单元，所述展示单元用于对所述主动臂及从动臂的参数信息进行展示；

所述处理模块用于接收数据并对其进行处理，控制所述主动臂及从动臂的运动；

所述主从臂控制系统还包括与所述操作模块及所述处理模块连接的数据模块，所述数据模块用于存储所述主动臂及从动臂的参数信息，所述参数信息包括所述主动臂及所述从动臂的运动的轨迹记录，所述轨迹记录包括轨迹数据及轨迹组；

所述处理模块包括传输单元，所述传输单元用于与所述数据模块进行HTTP通信，查询及配置系统，并进行消息封装，转发至所述从动臂；

所述处理模块还包括调度单元，所述调度单元可根据配置参数，对设备模型及算法模型进行调度；

所述操作模块还包括操作单元及设置单元；

所述操作单元用于用户登录，并根据用户权限进行操作下发操作指令；

所述设置单元用于对所述主动臂及从动臂的参数信息，及系统信息、用户管理及系统版本进行设置；

所述展示单元还包括显示屏，所述显示屏用于将经所述数据模块处理的所述主动臂及所述从动臂的数据，显示出3D仿真模型，其中，所述3D仿真模型包括从动臂真实模型及从动臂虚拟模型，所述从动臂真实模型用于实现所述从动臂姿态的实时展示，所述从动臂虚拟模型用于实现轨迹的模拟仿真，在编辑轨迹时，先利用所述从动臂虚拟模型进行模拟仿真，根据仿真的结果进行调整设置，待确定后，再应用于所述从动臂，进行实际控制。

2.根据权利要求1所述的主从臂控制系统，其特征在于，所述数据模块包括数据管理单元，所述数据管理单元用于对所述主动臂及从动臂的参数信息进行存储管理。

3.根据权利要求1所述的主从臂控制系统，其特征在于，所述数据模块包括用户管理单元，所述用户管理单元用于对用户登录、用户管理及权限管理信息进行存储管理。

4.根据权利要求1所述的主从臂控制系统，其特征在于，所述通讯模块包括连接单元、解析单元及监听单元；

所述连接单元包括I/O端口，所述主动臂及从动臂上设有与所述I/O端口相应的连接端口，所述连接端口与所述I/O端口连接；

所述解析单元用于对所述主动臂及从动臂的数据流进行分包及解码处理，解码后根据设计好的通讯协议进行消息解析，并根据解析的内容进行推送、封装和转发；

所述监听单元用于实时监测所述操作指令。

5.根据权利要求1所述的主从臂控制系统，其特征在于，所述处理模块包括接收单元，所述接收单元用于接收所述通讯模块传达的数据，并根据分辨所述数据的类型，对其进行日志存储，并保存至所述数据模块。

6.根据权利要求1所述的主从臂控制系统，其特征在于，所述处理模块包括交互单元，所述交互单元包括开放的websocke端口，所述处理模块能通过所述websocke端口向所述操作模块推送设备状态数据，所述操作模块能通过所述websocke端口查询日志信息。

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