CN208100376U - 交互式驱控一体装置和模块式机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人的技术领域，公开了交互式驱控一体装置和模块式机器人，其中交互式驱控一体装置包括控制板和用于辅助计算电流环、速度环的驱动板；所述控制板包括显示结构、输入结构以及用于运行驱动位置环、轴控、用户交互的处理芯片；所述驱动板与所述控制板相互电连接。本实用新型中的模块式机器人提供了多个关节臂和多个电机以供选择，用户能够选择合适的数量自由设计组合完成结构部分，然后接入交互式驱控一体装置对齐进行控制，完成整个机器人的设计工作。这种模块化搭积木式的设计组合方式，具有较低的学习成本，使得机器人能够从专业应用场景进入普通生活中，开拓机器人的蓝海市场。

Description

交互式驱控一体装置和模块式机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人的技术领域，尤其涉及能驱控一体化和模块式机器人的技术领域。

背景技术

机器人主要包括以下部分：结构部分和控制部分。其中，结构部分包括电机和相关的大臂、小臂、底座、执行结构等，电机一般安装在关节处，其转动后带动相应的结构摆动或转动，例如小臂摆动、大臂摆动、手指开合等。，控制部分包括控制器、驱动器以及示教器，控制器负责上层的轨迹规划和控制部分，输出控制信号，驱动器接受控制信号后，转换为相应的脉冲信号，输入电机中，电机按照脉冲信号输出，最终使机器人运行。在运行的过程中，电机反馈运动信息至驱动器，驱动器根据回馈信息获知运动的程度。示教器则相当于输入设备，用户通过示教器向控制器输入信息，进行动作编程、数据设置等操作，示教器上一般具有显示屏和按键，能够帮助用户输入程序、获得运行反馈数据。

对于机器人的开发，一般来说结构部分较为容易，选购电机并设计相关结构即可，而控制部分则具有相当的技术门槛，用户往往需要采购控制器、驱动器和示教器，并且需要与结构部分组合调试，用户需要熟知相关的驱动、控制等知识，具有较高的学习成本，使得机器人的开发具有较高的学习门槛，难以从实验室、生产线上走入普通生活中。因此，如何降低机器人开发门槛，开拓机器人的蓝海市场成为本领域热门研发方向。

发明内容

本实用新型的目的在于提供交互式驱控一体装置，旨在解决现有技术中的机器人需要示教器、控制器和驱动器，使得设计学习门槛高、物料采购成本高等问题。

本实用新型是这样实现的，提供交互式驱控一体装置，包括控制板和用于辅助计算电流环、速度环的驱动板；所述控制板包括显示结构、输入结构以及用于运行驱动位置环、轴控、用户交互的处理芯片；所述驱动板与所述控制板相互电连接。

本实用新型中的交互式驱控一体装置，将现有技术中的示教器、控制器和驱动器全部集成，提供简单直接的控制方案，用户可以直接选择交互式驱控一体装置实现机器人的控制部分，降低了机器人设计的学习门槛，而且无需同时采购示教器、控制器和驱动器，也降低了成本，使得机器人。

本实用新型还提供了模块式机器人，包括，所述结构部分包括多个关节臂和多个电机，各所述电机均连接至所述交互式驱控一体装置。

本实用新型中的模块式机器人提供了多个关节臂和多个电机以供选择，用户能够选择合适的数量自由设计组合完成结构部分，然后接入交互式驱控一体装置对齐进行控制，完成整个机器人的设计工作。这种模块化搭积木式的设计组合方式，具有较低的学习成本，使得机器人能够从专业应用场景进入普通生活中，开拓机器人的蓝海市场。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的交互式驱控一体装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的模块式机器人结构示意图；

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合具体附图对本实施例的实现进行详细的描述。

如图1和图2所示，本实施例中提供交互式驱控一体装置1，包括显示结构212、输入结构211、控制板21、驱动板22和控制板21。

其中，控制版21上设有处理芯片213，用于运行驱动位置环、轴控、用户交互等。显示结构212显示用户界面，输入结构211用于输入信息，二者结合实现用户交互，也即完成“输入-显示”的功能，显示结构212和输入结构211控制板21通信，将输入的信息传输至处理芯片213，完成用户交互相关运算后，反馈信息至显示结构212上，显示给用户观看。换言之，显示结构212、输入结构211结合控制板21能够提供示教器的全部功能。

驱动板22电连接至控制板21，与处理芯片213相互通讯，供电流环和速度环的辅助计算，并且直接驱动电机221，接受电机221的反馈。

基于交互式驱控一体装置1，能够更为深度的定制相关控制程序，在出厂前将控制板21和驱动板22完全调试完毕，只将用户交互层面的信息交于用户处理，用户通过显示结构212和输入结构211进行操作。

用户在使用交互式驱控一体装置1时，由于将示教器、控制器和驱动器全部集成，因此无需分别采购上述几个部件，也无需考虑相互之间通用性、匹配、调试的问题。将控制板21直接与机器人的结构部分上的各个电机221连接，通过输入结构211和显示结构212进行编程，即可驱动机器人的各个电机221转动，也即驱动机器人进行特定的动作。

由于用户无需耗费心力设计控制部分，因此其只需要按照自己的意愿设计好结构部分，然后通过交互式驱控一体装置1直接对其进行控制即可，交互处于人和交互式驱控一体装置1的层面，安装完成后的调试仅限于人机沟通的调试，而不涉及控制系统内部的调试，因此大大降低了机器人开发的难度，使得更多人能够参与或自行开发设计机器人，换言之，除了生产和科研等专业的领域外，还扩展了机器人的蓝海市场。

上述的显示结构212可以为普通液晶屏、点阵显示屏、外接的上位机、CRT显示器等各种结构。输入结构211可以为人体工程学手柄、键盘、按键、摇杆等结构。具体地，本实施例中的交互式驱控一体装置包括触摸屏，触摸屏兼有显示和输入的功能，也即构成了显示结构212和输入结构211。

驱动板22可以与控制板21集成在同一个柜体内，也即交互式驱控一体装置1整体构成一体机，设置一个或多个接口，通过线材连接至各个电机221上。

控制板21上设有用于提供高速通讯的扩展接口。通过扩展接口，控制板21也可以额外与扩展结构23进行通讯，扩展结构23例如执行结构：钻头、机械夹爪、吸头；或者传感器：位置传感器、传感器等；或者其他的驱动器，与普通的驱动器进行通讯时，控制板21可作为普通的控制器使用，直接控制已经集成驱动器的机器人。

优选的，本实施中的控制板21为FPGA（现场可编程门阵列），通过扩展接口与驱动板22进行通讯。FPGA擅长于并行计算，能够同时并行计算为多个电机221提供速度环和电流环的控制，由于驱动位置环、轴控、用户交互等大部分的计算处理过程已经在控制板21内完成，因此可以将适合并行计算的多轴驱动相关计算放在单个FPGA内完成，替代现有技术每个电机221都需要适配一部驱动器。

本实施例中的采用的具体通讯方式为EtherCAT（以太网控制自动化技术），通过同步以太网的方式进行通讯，通讯周期通常为ms级别。

如图1和图2所示，本实施例中还提供了模块式机器人2，包括结构部分和交互式驱控一体装置1，其中结构部分包括多个关节臂11和安装于关节臂11端部的电机221，交互式驱控一体装置1连接至电机221。

用户选购或者设计模块式机器人2时，根据需要选择不同结构的关节臂11和电机221，然后配上交互式驱控一体装置1，组合后构成模块式机器人2，作为开发难度较高的部分，整个控制部分全部集成在交互式驱控一体装置1内，用户无需自行设计、调试控制部分，只需要像搭积木一样将结构部分进行组装即完成装配工作，通过与交互式驱控一体装置1的交互，即可实现对于模块式机器人2的控制。

模块式机器人2的结构部分包括基座12，在基座12内安装有供电模块和驱动板22。无论如何设计结构部分，都需要基座12，因此本实施例中将供电模块和驱动板22安装于基座12内部，用户选择其他关节臂11和电机221安装于基座12上，并且将电机221与供电模块、驱动板22电连接即可。

优选的，驱动板22上设有扩展接口，能够与基座12内的驱动板22进行通讯。

本实施中的驱动板22为多轴驱动板22。由于驱动板22上设有扩展接口，也可以与常规的单轴驱动板22连接，也即对于现有技术中已经集成驱动板22的机器人进行控制，或者两种同时控制两种，提供更大的扩展空间。

由于提供了扩展接口，因此，优选的，结构部分还包括能够通过扩展接口进行通讯的扩展结构23，扩展结构23可以包括多种传感器、执行结构、摄像头、麦克风、移动底盘等。其中传感器可以为力传感器、光学传感器等，在某些特定的环境下回馈传感数据，触发相应的动作，例如检测到阻力判断与环境干涉或者接触到物品，然后控制板21控制机进行相应动作，例如停机或者抓取等。执行结构可以为：夹爪、吸头、铣头、钻头、光雕刻激光头、3D打印、夹笔器等，控制板21可以操作执行结构实现其对应的动作，例如拿取、铣、钻、光雕刻、3D打印、书写等功能。摄像头231能够采集图像信息，将采集的图像信息与控制板21通讯，进行识别、追踪、记录等操作。麦克风与摄像头功能类似，可以辅助实现语音识别、录音等功能。移动底盘能够实现整个机器人的移动，具体可以采用四个麦克纳姆轮安装至基座12上，然后通过控制板21控制每个麦克纳姆轮的转动方向和速度，改变基座12的移动方向和速度。

例如，从上述的结构部分中选择移动底盘232、两个关节臂11、三个关节电机221、一个夹爪（未示出）和一个摄像头231，组成如图2所示的模块式机器人2，通过交互式驱控一体装置1对组合成的模块式机器人2进行控制，可包括以下动作：控制模块式机器人2的移动方向和速度；控制模块式机器人2在特定的地点进行拍摄；控制模块式机器人2的关节臂11摆动特定的角度或者末端移动至特定的位置；控制夹爪在特定的位置夹取或者放下物品。用户在组合上述模块式机器人2的过程中，无需考虑相关的控制部分，而只需要考虑结构的组合即可，通过交互式驱控一体装置1能够方便的对组合完成的模块式机器人2进行控制，使其实现想要的功能。可以看出，无需较高的学习成本即可方便的组合出本实施中的模块式机器人2，并且实现控制，具有较低的开发难度，普通人也能够进行相关的设计工作，享受亲手设计机器人的乐趣和机器人带来的自动化便利，把机器人的市场从专业的领域延伸至更大的蓝海市场。

优选的，结构部分均设有识别元件，使得控制板21能够快速识别模块式机器人2的具体组合方案。识别元件可以为内置编码的可读取存储器等。

本实施例中还提供了控制程序，用于匹配完成组装的模块式机器人2，对其进行控制。控制程序包括：交互层：用于用户交互；控制模块，用于直接控制各个机器人的电机221；动作模块：内置与各个执行结构匹配的多种动作指令。在模块式机器人2组装完成后，从控制程序中选择符合的模块组合，例如关节数量不同的机器人、执行端不同的机器人、功能（移物、加工）不同的机器人，选择合适的模块组合，即可形成能够匹配该模块式机器人2的控制程序，用户通过操作交互模块，即可对于自行设计的模块式机器人2进行控制。由于控制程序也采用了模块式的思想，能够与模块式机器人2快速适配，降低用户在软件、编程方面的调试难度，进一步降低学习门槛。

本实施例中还提供了计算机可读存储介质，其内部存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的控制程序。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.交互式驱控一体装置，其特征在于，包括显示结构、输入结构、控制板和驱动板；

所述显示结构和所述输入结构均用于用户交互并与所述控制板通信，在所述控制板内设有运行驱动位置环、轴控、并处理用户交互信息的处理芯片；

所述驱动板与所述处理芯片通信，进行辅助计算电流环、速度环。

2.如权利要求1所述的交互式驱控一体装置，其特征在于，所述控制板上设有多个用于高速通信的扩展接口。

3.如权利要求1所述的交互式驱控一体装置，其特征在于，还包括触摸屏，所述触摸屏构成所述显示结构和所述输入结构，所述触摸屏电连接于所述控制板。

4.模块式机器人，其特征在于，包括结构部分和权利要求1所述的交互式驱控一体装置，所述结构部分包括多个关节臂和多个电机，各所述电机均连接至所述交互式驱控一体装置。

5.如权利要求4所述的模块式机器人，其特征在于，所述结构部分还包括基座，所述基座内安装有供电模块和所述驱动板。

6.如权利要求4所述的模块式机器人，其特征在于，所述结构部分还包括能够与所述驱动板通讯的传感器、执行结构、摄像头、麦克风、移动底盘。

7.如权利要求4所述的模块式机器人，其特征在于，所述结构部分设有便于所述驱动板识别的识别元件。