CN200970771Y

CN200970771Y - 五自由度多关节机器人智能遥控器

Info

Publication number: CN200970771Y
Application number: CN 200620125163
Authority: CN
Inventors: 汪木兰; 饶华球; 张思弟; 徐开芸
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2016-11-10

Abstract

本实用新型针对现有的五自由度机器人在制造、调试、操作和使用过程中因无遥控器而显十分不便的问题，公开了一种使用方便、可替代手控器且成本低、使用方便的五自由度多关节机器人智能遥控器，它主要由集成有EPROM集成块的单片机U1及与单片机U1相连的液晶显示器U2、薄膜按键接口电路U3、电源系统U4、看门狗监视复位唤醒电路U5、通信接口电路U6、红外遥控发射电路U7，通信接口电路U6的输出通过数据线与上位计算机U8相应的输入端相连，红外遥控发射电路U7的输出通过红外无线信号与上位计算机U8中的红外遥控接收电路相连。它方便了机器人的制造调试、示教再现和异地操作等工作场合，不但价廉物美，经济适用，而且操作简单，实际使用效果较好。

Description

五自由度多关节机器人智能遥控器

技术领域

本实用新型涉及机器人遥控器，尤其是一种多关节机器人用智能遥控器，具体地说是一种五自由度多关节机器人智能遥控器。

背景技术

目前，常见的五自由度多关节机器人一般由腰、肩、肘、摆腕、旋腕等关节和末端作用器组成，并且大多采用多级计算机控制的体系结构形式，多CPU并行工作。这种设计和结构在机器人制造、调试、操作和使用的过程中十分不便，因此迫切希望配套一种价廉的智能遥控器，以实现各个关节的控制或异地遥操作，同时在遥控器液晶显示器上进行相应运动状态的实时显示。当然，也可以配套多关节机器人遥操作手控器，真正实现具有“监场感”的遥操作智能型机器人，达到操作者与工作环境直接自然交互的效果，但这种手控器也存在结构复杂，成本很高，经济性差的问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的五自由度机器人在制造、调试、操作和使用过程中因无遥控器而显不十分不便的问题，设计一种使用方便、可替代手控器且成本低、使用方便的五自由度多关节机器人智能遥控器。

本实用新型的技术方案是：

一种五自由度多关节机器人智能遥控器，其特征是它主要由集成有EPROM集成块的单片机U1及与单片机U1相连的液晶显示器U2、薄膜按键接口电路U3、电源系统U4、看门狗监视复位唤醒电路U5、通信接口电路U6、红外遥控发射电路U7，通信接口电路U6的输出通过数据线与上位计算机U8相应的输入端相连，红外遥控发射电路U7的输出通过红外无线信号与上位计算机U8中的红外遥控接收电路相连。

其中：

与薄膜按键接口电路U3相连的薄膜按键可呈6×5矩阵布局，其中18个按键直接与单片机U1的输入脚相连，其余按键通过一片8255集成块与单片机U1相连。

电源系统U4可由锂离子电池电路和交流稳压电路组成，它们均与欠压报警电路及重复充电电路相连。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型针对五自由度多关节机器人的三层电气控制系统体系结构设计的基于单片微处理器的智能型遥控器可通过红外无线和RS-485串行有线两种通信方式嵌入第二层控制系统中，对机器人各个关节实行在线控制，同时在第一层计算机上进行虚拟重构，在遥控器的液晶显示器上动态实时显示机器人的运行过程和状态，有利于机器人的制造调试、示教再现和异地操作等工作场合，不但价廉物美，经济适用，而且操作简单，实际使用效果较好。

附图说明

图1是本实用新型的智能遥控器与机器人上位机及下位机的连接关系结构示意图。

图2是本实用新型的智能遥控器的外形结构示意图。

图3是本实用新型的智能遥控器的组成结构框图示意图。

图4是本实用新型的红外发射电路及相应的红外接收电路示意图。

图5是本实用新型的智能遥控器的软件控制流程图。

具体实施方式

下面结构附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-5所示。

一种五自由度多关节机器人智能遥控器，它主要由集成有EPROM集成块的单片机U1及与单片机U1相连的液晶显示器U2、薄膜按键接口电路U3、电源系统U4、看门狗监视复位唤醒电路U5、通信接口电路U6、红外遥控发射电路U7，通信接口电路U6的输出通过数据线与上位计算机U8相应的输入端相连，红外遥控发射电路U7的输出通过红外无线信号与上位计算机U8中的红外遥控接收电路相连。如图3所示。

本实用新型采用单片机实现了五自由度多关节机器人智能遥控器的功能，通过RS-485串行有线通信方式和红外无线方式嵌入到机器人控制系统第二级计算机中，结合关节控制器可以实现各个关节的单独或并行运动控制，并且在第一级计算机中利用VC++语言可以同步虚拟重构出机器人运动状态，达到操作仿真的目的。该智能遥控器可实现有功能有：

(1)能够实现各个关节的正/反转控制。

(2)能够实现各个关节的点动和升/降速的连续运动控制。

(3)能够设置各个关节运动的步数或角度。

(4)各个关节既可以单独运动，也可以同时运动。

(5)采用LCD显示机器人设置的参数和状态。

(6)采用锂离子电池作为电源，并且具有欠压报警功能。

(7)内部设计有重复充电功能(专用芯片形式)。

(8)采用超低功耗设计方式，并且具有休眠工作状态。

(9)设计了6×5＝30薄膜按键矩阵。

(10)具有任意按键唤醒CPU功能。

(11)具有按键蜂鸣和错误报警功能。

(12)具有看门狗(WDT)监视功能。

(13)具有两种通信方式(红外无线和RS-485串行有线)。

本实用新型的多关节机器人智能遥控器总体上是采用单片机控制，自成独立单元，具有薄膜按键、液晶显示和输入/输出等基本功能，并通过红外无线或串行有线方式嵌入到机器人电气控制系统的第二级计算机中，它在整个机器人系统中的连接关系如图1所示。

考虑到生产现场使用方便，本实用新型还采取了超低功耗的设计思想，选用了锂离子电池供电，128×64点阵型大屏幕LCD显示运动状态和相关数据，全汉化菜单，免说明书操作，非常简单。智能遥控器外形及按键布置如图2所示，其前端设计有红外无线发射窗口和RS-485串行有线通信接口插座，面板上设计有30个薄膜按键。其中，数字键有10个(0～9)；关节和手指控制键有12个，分别对应五个关节的正转/反转和手指夹紧/松开；功能键有8个，分别对应数据输入操作(取消和确认)、通信形式选择(有线和无线)、工作方式设置(回零、示教和再现)以及运行开始(启动)等功能。

为了兼顾上述功能需求、设计成本和技术的成熟性等方面因素，遥控器中的单片机U1Intel公司MCS-51系列单片机80C31进行实现，然后辅以相应的外围接口电路，其结构如图3所示。图3中由80C31组成了最小单片机系统，考虑到汉化菜单使用的字库比较大，选用了32kB的EPROM-27C256。通过内部并行总线接口外挂了128×64点阵型液晶显示器U2(可采用精电蓬远公司生产MGLS12864T-HT-LED04，内藏T6963C可编程控制芯片)，可以同时显示4行×8列＝32个中文汉字或8行×16列＝128个西文字符，它主要通过菜单指导用户操作、设置系统参数和显示工作状态等，可以做到免说明书操作。一般情况下，上面3行为信息显示内容，而最下面1行为操作提示信息，告诉操作人员进入下一步或返回上一步的操作命令。与薄膜按键接口电路U3相连的薄膜按键设计成6×5＝30的矩阵形式，其中6×3＝18个按健由红外发射芯片和80C31复用，余下的12个按键(0～9数字键、有线和无线键)通过8255型集成块与单片机U1接口相连。

本实用新型的电源系统U4采用了锂离子电池和交流电源双电源供电方式，并配以欠压报警提示功能和重复充电电路。选用了美国TI公司生产的先进锂电池充电管理芯片BQ2057T，它可以动态补偿锂电池组的内阻以减少充电时间，并带有可选的电池温度监测，利用传感器连续检测电池温度，当超出设定范围时关闭电池充电。内部集成的恒压恒流器带有高/低边电流感测和可编程充电电流，充电状态识别可由输出的LED指示灯或与主控器接口实现，具有自动重新充电、最小电流终止充电、低功耗睡眠等特性。

为了提高系统的抗干扰能力，防止系统出现死机现象，外围配置了上电复位和看门狗(WDT)电路U5。该电路可采用美国IMP公司生产的IMP706芯片实现，它由复位信号发生器、电源电压监视器、看门狗定时器以及时基电路等组成。该芯片功耗低、使用简单、价格低廉、可靠性高，并且具有系统复位、掉电复位、手动复位、“看门狗”复位、定时输出、电源电压监测等功能。另外，如果遥控器在1分钟内无任何操作需求时将自动转入睡眠状态，而一旦按下任何键时，即通过复位唤醒CPU转入正常的工作方式。

由于机器人控制系统中第二级计算机采用了Atmel公司89C52单片机实现，它只有一个串行接口，为了保证它与第一级计算机和智能遥控器同时实现通信，交换命令或数据，因此本实用新型采用了RS-485通信形式，组成一个环形网络，实现多点之间的通信，该通信接口电路U6可采用型号为N75176的转换芯片加以实现。

智能遥控器与机器人控制系统之间除通过RS-485有线方式通信外，也可以通过红外无线遥控方式发送操作命令，这里选用了相应的专用芯片实现。红外发射电路Y7由发射控制芯片T9148和发射管TASL6238组成，如图4(a)所示。电路以38kHz的脉冲序列作为载波信号，发射红外光的波长为950nm。T9148采用CMOS工艺，功耗极低，内部电路由键盘输入电路、振荡电路、分频电路、单拍/连续指令控制电路、时钟信号发生电路、指令数据控制电路和调制电路等组成。与之配套使用的红外遥控接收电路为Vishay公司生产的专用红外接收模块TSOP1738和解调集成电路T9149A组成，如图4(b)所示。其中，T9149A也采用CMOS工艺，外接RC振荡器，内部由振荡器、计数器、输入移位寄存器、移位寄存器、输入脉冲计数器、数据校验电路、用户码校验电路、出错检测电路、数据锁定电路和输出缓冲电路等组成。

本实用新型的工作过程如下：

多关节机器人智能遥控器上电复位后，首先判别是处于有线通信方式还是无线通信方式(缺省状态为有线方式)，然后转入相应的分支处理流程(如图5所示)。其中无线方式下只能进行各个关节的单独控制和机器人示教再现，由于数字输入键与确认、取消键(共12个键)没有接入红外发射控制芯片T9148，因此不能传送各个关节的旋转角度或步数。而在有线通信方式下，由于通过RS-485传送的是数据包，并且所有30个按键均通过8255芯片接入80C31中，所以能够实现机器人控制的所有功能。其中主要的程序是处理按键，实现菜单、数据打包和通信发送等功能模块。

Claims

1、一种五自由度多关节机器人智能遥控器，其特征是它主要由集成有EPROM集成块的单片机U1及与单片机U1相连的液晶显示器U2、薄膜按键接口电路U3、电源系统U4、看门狗监视复位唤醒电路U5、通信接口电路U6、红外遥控发射电路U7，通信接口电路U6的输出通过数据线与上位计算机U8相应的输入端相连，红外遥控发射电路U7的输出通过红外无线信号与上位计算机U8中的红外遥控接收电路相连。

2、根据权利要求1所述的五自由度多关节机器人智能遥控器，其特征是所述的与薄膜按键接口电路U3相连的薄膜按键呈6×5矩阵布局，其中18个按键直接与单片机U1的输入脚相连，其余按键通过一片8255集成块与单片机U1相连。

3、根据权利要求1所述的五自由度多关节机器人智能遥控器，其特征是所述的电源系统U4由锂离子电池电路和交流稳压电路组成，它们均与欠压报警电路及重复充电电路相连。