CN115582841A - 一种娱乐机械臂的模块化控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种娱乐机械臂的模块化控制系统，包括通信模块、主控模块、运动控制模块和影音控制模块，主控模块通过通信模块采集的各模块单元数据对运动控制模块和影音控制模块进行控制，所述通信模块设有数据采集器，通过数据采集器采集运动控制模块和影音控制模块的各项数据信息。其有益效果：整个系统采用模块化设计、各模块之间通过接口进行数据交互，各模块功能独立便于后续模块改进升级，通过本发明的模块化控制系统解决了由于软硬件的性能限制，同时又要满足设备能够进行高精度控制的需求，实现了设备在更复杂的环境应用，尽可能真实地再现运动感。

Description

一种娱乐机械臂的模块化控制系统及方法

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别涉及一种娱乐机械臂的模块化控制系统。

背景技术

机械臂控制技术在娱乐、文旅领域有着较为广泛地应用，如飞行影院、机械臂过山车等，到目前为止，由于要同时兼顾安全性以及要能够随着外部环境变化实现各种动作，相应机械臂运动总存在着响应缓慢，关节运行不流畅，整机运动体感不舒适等问题，进而也会出现一定的安全性，稳定性问题，由于软硬件的性能有限制，同时又要满足设备能够进行高精度控制，因此，需要能解决上述问题模块化的控制系统，是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种娱乐机械臂的模块化控制系统，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：一种娱乐机械臂的模块化控制系统，包括通信模块、主控模块、运动控制模块和影音控制模块，主控模块通过通信模块采集的各模块单元数据对运动控制模块和影音控制模块进行控制，主控模块包含系统初始化、参数配置管理、输入输出信号管理、数据存储等，所述通信模块设有数据采集器，通过数据采集器采集运动控制模块和影音控制模块的各项数据信息，各模块之间通过接口进行数据交互。

优选地，所述通信模块包含总控客户端通信、物联网平台通信、IO信号、数据采集器，通过IO模块进行信号收集，对VR、影音设备的运行信息、轴组、电机的运行状态和位置的数据采集，并通过TCP/IP协议、以太网或工业总线进行通信。

优选地，所述运动控制模块包括文件处理器、轴组控制器、轴组运动规划器、轴组位置生成器和电机控制器构成，文件处理器处理轴组控制器各项数据信息，轴组控制器、电机控制器和轴组位置发生器互相连接，轴组运动规划器与轴组控制器和轴组位置发生器连通。

优选地，所述影音控制模块包括压杆控制单元、音响设备控制单元和显示设备控制单元，压杆控制单元、音响设备控制单元和显示设备控制单元通过主控模块进行连接控制。

本发明的技术效果和优点：整个系统采用模块化设计、各模块之间通过接口进行数据交互，各模块功能独立便于后续模块改进升级，通过本发明的模块化控制系统解决了由于软硬件的性能限制，同时又要满足设备能够进行高精度控制的需求，借助于内存优化、数据缓存等方法降低CPU运动规划计算负荷，减少反应时间，程序控制模块高效精简，利用体感滤波运动控制算法，使机械臂能够联动影音进行流畅的控制动作，实现了设备在更复杂的环境应用，尽可能真实地再现运动感。

附图说明

附图1为本发明整体结构示意图；

附图2为本发明运动控制模块的结构示意图。

图中，100通信模块；200主控模块；300运动控制模块；301轴组控制器；302文件处理器；303轴组运动规划器；304轴组位置发生器；305电机控制器；400影音控制模块。

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。

本发明提供了如图1-2所示的一种娱乐机械臂的模块化控制系统，包括通信模块100、主控模块200、运动控制模块300和影音控制模块400，主控模块200通过通信模块100采集的各模块单元数据对运动控制模块300和影音控制模块400进行控制，所述通信模块100设有数据采集器，通过数据采集器采集运动控制模块300和影音控制模块400的各项数据信息。

优选地，所述通信模块100通过IO模块进行信号收集，对VR、影音设备的运行信息、轴组、电机的运行状态和位置的数据采集，并通过TCP/IP协议、以太网或工业总线进行通信。

优选地，所述运动控制模块300包括文件处理器302、轴组控制器301、轴组运动规划器303、轴组位置生成器和电机控制器305构成，文件处理器302处理轴组控制器301各项数据信息，轴组控制器301、电机控制器305和轴组位置发生器304互相连接，轴组运动规划器303与轴组控制器301和轴组位置发生器304连通。

优选地，所述影音控制模块400包括压杆控制单元、音响设备控制单元和显示设备控制单元，压杆控制单元、音响设备控制单元和显示设备控制单元通过主控模块200进行连接控制。

一种娱乐机械臂的模块化控制方法：包括以下步骤：

步骤1.设备启动时首先进行安全自检、初始化，初始化包括配置参数初始化、伺服电机初始化、网络初始化，等待客户端连接等；

步骤2.确保电机进入待运行状态，系统状态确认为安全待运行状态；

步骤3.主控模块200接收通信模块100的操作指令以及指令按钮信号状态，整合指令输出最终控制命令；

步骤4.运动控制模块300和影音控制模块400根据控制命令，解析相应指令，执行相应动作；

步骤5.通信模块100实时采集VR、影音设备的运行信息，轴组、电机的运行状态和位置；

步骤6.在整个运行过程中，实时监测系统安全状态，若故障立马停止运行，进入步骤8；

步骤7.动作结束，跳转到步骤3；

步骤8.故障停止，等待复位，复位后跳转到步骤3。

本发明一种娱乐机械臂的模块化控制系统：主控模块主要负责初始化参数，配置运动性能参数，输入通信模块中的操作指令以及指令按钮信号状态，对信息进行存储、分析和整合，输出最终控制命令，轴组控制器301是整个运动控制模块的核心，与其他所有的子系统进行数据交互，是运动控制模块的管理中心，负责轴组控制、模式切换、运动控制、故障保护、错误复位等，文件处理器302负责对所接受到的控制命令进行解析分析，轴组运动规划器303负责运动轨迹规划，以时间轴为基础，在各个时间点上定义了运动位置和速度，生成轴组运动位置数据流，在运动轨迹规划中，采用体感滤波运动控制算法，尽可能再现真实的运动感，具体地说，包含S曲线规划、连续轨迹规划、反解计算、运动数据生成等，轴组位置发生器304负责在系统运动过程中管理位置缓存器，实时从缓存器中读取当前时刻电机运动位置并优化处理并下发伺服驱动器，在系统中途停止时规划电机减速停止，在这过程中，缓存器可以有效的降低CPU运动规划计算负荷，具体包含存储运动数据流、周期读取位置、缓存刷新等，电机控制器305负责系统所有伺服电机使能、寻参、周期位置控制、故障停机、复位等。

各个子模块的输入输出相互独立，模块间交互时各取所需的数据部分，相互之间输入输出的关系可以从附图2中看到；

文件处理302将主控模块的指令、控制信息，进行读写，输出解析内容；

轴组控制器301接收文件信息和指令、轴组运动规划器状态、轴组位置生成器状态、电机控制状态，输出文件读取指令、轴组运动规划器指令、轴组位置生成器指令、电机控制指令；

轴组运动规划器303接收轴组规划器指令、轴组位置生成器状态，输出轴组运动规划器状态、运动轨迹数据流；

轴组位置生成器304接收轴组位置生成器指令、轴组运动规划器状态、电机控制状态，输出轴组位置生成器状态、轴组周期运动位置；

电机控制器305接收电机控制指令、轴组周期运动位置、伺服驱动器状态反馈，输出电机状态、伺服驱动器控制、伺服驱动周期位置设定。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种娱乐机械臂的模块化控制系统，包括通信模块、主控模块、运动控制模块和影音控制模块，其特征在于，主控模块通过通信模块采集的各模块单元数据对运动控制模块和影音控制模块进行控制，主控模块包含系统初始化、参数配置管理、输入输出信号管理、数据存储等，所述通信模块设有数据采集器，通过数据采集器采集运动控制模块和影音控制模块的各项数据信息，各模块之间通过接口进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的一种娱乐机械臂的模块化控制系统，其特征在于，所述通信模块包含总控客户端通信、物联网平台通信、IO信号、数据采集器，通过IO模块进行信号收集，对VR、影音设备的运行信息、轴组、电机的运行状态和位置的数据采集，并通过TCP/IP协议、以太网或工业总线进行通信。

3.根据权利要求1所述的一种娱乐机械臂的模块化控制系统，其特征在于，所述运动控制模块包括文件处理器、轴组控制器、轴组运动规划器、轴组位置生成器和电机控制器构成，文件处理器处理轴组控制器各项数据信息，轴组控制器、电机控制器和轴组位置发生器互相连接，轴组运动规划器与轴组控制器和轴组位置发生器连通。

4.根据权利要求1所述的一种娱乐机械臂的模块化控制系统，其特征在于，所述影音控制模块包括压杆控制单元、音响设备控制单元和显示设备控制单元，压杆控制单元、音响设备控制单元和显示设备控制单元通过主控模块进行连接控制。

5.一种娱乐机械臂的模块化控制方法：包括以下步骤：

步骤1.设备启动时首先进行安全自检、初始化，初始化包括配置参数初始化、伺服电机初始化、网络初始化，等待客户端连接等；

步骤2.确保电机进入待运行状态，系统状态确认为安全待运行状态；

步骤3.主控模块接收通信模块的操作指令以及指令按钮信号状态，整合指令输出最终控制命令；

步骤4.运动控制模块和影音控制模块根据控制命令，解析相应指令，执行相应动作；

步骤5.通信模块实时采集VR、影音设备的运行信息，轴组、电机的运行状态和位置；

步骤6.在整个运行过程中，实时监测系统安全状态，若故障立马停止运行，进入步骤8；

步骤7.动作结束，跳转到步骤3；

步骤8.故障停止，等待复位，复位后跳转到步骤3。

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