CN213165400U - 机器人动作模拟装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种机器人动作模拟装置。该机器人动作模拟装置包括上位机用于与电子设备连接；电子设备用于与上位机连接；以及上位机，包括：体感设备和上位机处理器；电子设备，包括：处理器、通信设备、电机驱动装置、电机、限位板卡。本申请解决了类人型协作机器人无法应对特殊情况的技术问题。

Description

机器人动作模拟装置

技术领域

本申请涉及智能机器人领域，具体而言，涉及一种机器人动作模拟装置。

背景技术

近年来，机器人的研发应用主要是面向服务业，如娱乐、老人服务、迎宾，以及表演性质的打太极、舞蹈等。类人型协作机器人在完成动作时，需要对每一个关节按照时间序列进行位置设定，过程复杂、动作不尽优美。除此之外，现有的机器人因为是事先对每个关节按照时间序列进行位置设定，所以没有办法应对一些需要做出不同于既定动作的特殊情况。针对类人型协作机器人动作模拟中出现的上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种机器人动作模拟装置，以解决类人型协作机器人无法应对特殊情况的技术问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种机器人动作模拟装置。

根据本申请的机器人动作模拟装置包括：

上位机，用于与电子设备连接，包括：体感设备、上位机处理器；

电子设备，用于与上位机连接，包括：处理器、通信设备、电机驱动装置、电机、限位板卡。

进一步的，上位机用于采集人体运动数据，并处理，传送数据包给电子设备。

进一步的，体感设备用于与上位机处理器连接，用于识别人体；

具体的，体感设备包括但不限于：Kinect传感器、PlayStation Move动态控制器、Wii。

进一步的，上位机处理器用于与处理器连接，用于采集人体运动数据并处理，传送数据包给处理器。

具体的，上位机处理器，包括但不限于：桌面型计算机、膝上型计算机、手持计算机、笔记本电脑、超级移动个人计算机、上网本。

进一步的，电子设备用于接收上位机传送的人体运动数据，发送控制信息。

进一步的，处理器用于与通信设备、上位机连接，用于接收上位机传送的人体运动数据，通过通信设备发送控制信息给电机驱动装置；

进一步的，通信设备用于与处理器设备、电机驱动装置连接，于接收处理器发出的信号，并发送控制信息给电机驱动装置；

具体的，通信设备，包括但不限于：CAN通信卡、PCI总线通信卡、串口通讯卡、ISA总线通讯卡。

进一步的，电机驱动装置用于与通信设备、电机、限位板卡连接，电机驱动装置用于接收通信设备发送的控制信息，并发送驱动信息给电机；

进一步的，电机用于与电机驱动装置连接，用于接收电机驱动装置发送的驱动信息，运动至指定位置；

进一步的，限位板卡用于与电机驱动装置连接，用于采用霍尔传感器和光电开关的方式确定下位机各关节零位和限位。

在本申请实施例中，采用体感设备采集人体运动数据的方式，通过无线通信将控制信号传送给电子设备，达到了机器人运动至指定位置的目的，从而实现了控制机器人的技术效果，进而解决了类人型协作机器人无法应对特殊情况的技术问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的一种机器人动作模拟装置的装置示意图；

图2是根据本申请实施例的CAN总线拓扑图；

图3是根据本申请实施例的电机驱动装置外围电路示意图；

图4是根据本申请实施例的限位板卡的电路原理图；以及

图5是根据本申请实施例的机器人关节配置示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本申请提供了一种机器人动作模拟装置1，如图1所示，该装置包括：

上位机11，用于与电子设备12连接，包括：体感设备111、上位机处理器112；

电子设备12，用于与上位机11连接，包括：处理器121、通信设备122、电机驱动装置123、电机124、限位板卡125。

进一步的，上位机11与用于采集人体运动数据，并处理，传送数据包给电子设备12。

进一步的，体感设备111用于与上位机处理器112连接，用于识别人体；

具体的，体感设备111包括但不限于：Kinect传感器、PlayStation Move动态控制器、Wii。

进一步的，上位机处理器112用于与处理器121连接，用于采集人体运动数据并处理，传送数据包给处理器121。

具体的，上位机处理器112，包括但不限于：桌面型计算机、膝上型计算机、手持计算机、笔记本电脑、超级移动个人计算机、上网本。

实例的，本发明较佳实施例中，体感设备111为Kinect传感器，上位机处理器112为笔记本电脑，体感设备111和上位机处理器112通过USB连接；Kinect传感器用于采集人体的运动数据，传输到笔记本电脑中，由笔记本电脑对数据进行处理后，通过无线串口传输给下位机。

进一步的，电子设备12用于接收上位机11传送的人体运动数据，发送控制信息。

进一步的，处理器121用于与通信设备122、上位机11连接，用于接收上位机11传送的人体运动数据，通过通信122设备发送控制信息给电机驱动装置。

实例的，本发明较佳实施例中的处理器121为占美J1900型号，其具有4GBDDR4内存，以及8个USB接口。

进一步的，通信设备122用于与处理器121、电机驱动装置123连接，于接收处理器121发出的信号，并发送控制信息给电机驱动装置123。

具体的，通信设备122，包括但不限于：CAN通信卡、PCI总线通信卡、串口通讯卡、ISA总线通讯卡。

实例的，本发明较佳实施例中的通信设备122为创芯科技的USB_CAN-2C通信卡，采用CANopen协议，处理器121通过USB与CAN通信卡连接，作为NMT主机，各电机驱动装置123为NMT从机，CAN总线拓扑图如图2所示，线缆采用三线通信的屏蔽电缆，分别连接CAN_H、CAN_L、CAN_GND三个信号线，屏蔽线连接CAN通信卡的模拟地，并将电机驱动装置123的驱动器挂载在CAN总线上。

进一步的，电机驱动装置123用于与通信设备122、电机124、限位板卡125连接，电机驱动装置123用于接收通信设备122发送的控制信息，并发送驱动信息给电机124。

实例的，本发明较佳实施例中的电机驱动装置123为MLDS3605-C控制驱动器，集成了CAN控制器，支持CANopen通信协议，外围电路示意图如图3所示，不仅完成了与主控通信装置的通信，接收运动指令，还接收来自电机124的码盘信号和限位开关的信号。

进一步的，电机124用于与电机驱动装置123连接，用于接收电机驱动装置123发送的驱动信息，运动至指定位置。

实例的，本发明较佳实施例中的电机124为直流有刷伺服电机。

进一步的，限位板卡125用于与电机124驱动装置123连接，用于采用霍尔传感器和光电开关的方式确定电子设备12各关节零位和限位。

实例的，本发明较佳实施例中的限位板卡125，采用霍尔传感器和光电开关的方式确定下位机各关节零位和限位，各位置板卡电路原理图相近，原理电路图如图4所示。

下面以具体示例，对机器人动作模拟装置的工作原理进行详细介绍：

机器人动作模拟装置的硬件方面分为上位机和电子设备两部分。其中，上位机由体感设备和上位机处理器构成，体感设备为Kinect传感器是可以直接购买的器件，上位机处理器使用普通的个人计算机即可实现全部功能。

机器人动作模拟装置的机械结构方面，为了能够合理地模仿人类的动作，电子设备的关节设计也是模仿的人类的关节情况，如图5所示，每个手臂各有6个自由度，共12个自由度，每个自由度运动范围如下表所示。手臂6个自由度均采用直流有刷伺服电机，maxon电机驱动，由于该电机的额定转速较高，而机器人的关节运动角速度应不小于30°/s，所以采用行星减速器和谐波减速器两级减速。行星减速器减速比为10:1，谐波减速器减速比为100:1。当然，这只是一种已经实现的方案，实际并不止限于这种方案，电机和减速器甚至自由度的方案都可以根据需求自由配置。

机器人动作模拟装置的控制结构方面，处理器选用占美J1900型号，具有4GBDDR4内存，以及8个USB接口，能完全满足实际需要。

通信设备采用创芯科技的USB_CAN-2C通信卡，采用CANopen协议，Mini PC通过USB与CAN通信卡连接，作为NMT主机，各电机驱动装置为NMT从机CAN总线拓扑图如图2所示。线缆采用三线通信的屏蔽电缆，分别连接CAN_H、CAN_L、CAN_GND三个信号线，屏蔽线连接CAN通信卡的模拟地，并将12个驱动器挂载在CAN总线上。

因为机器人手臂具有12个自由度，每个自由度配备一套直流伺服系统，所以共有12组电机驱动装置。电机驱动装置采用MLDS3605-C控制驱动器，集成了CAN控制器，支持CANopen通信协议，外围电路示意图如图3所示。不仅完成了与主控CAN卡的通信，接收运动指令，还接收来自电机的码盘信号和限位开关的信号。

外围电路主要是限位板卡，采用霍尔传感器和光电开关的方式确定电子设备各关节零位和限位，各位置板卡电路原理图相近，原理电路图如图4所示，但是安装需根据不同运动位置和角度范围来确定。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机器人动作模拟装置，其特征在于，包括：

上位机用于与电子设备连接；

电子设备用于与上位机连接；以及

上位机，包括：体感设备和上位机处理器；

电子设备，包括：处理器、通信设备、电机驱动装置、电机、限位板卡。

2.根据权利要求1所述的机器人动作模拟装置，其特征在于，包括：

所述上位机：用于采集人体运动数据，并处理，传送数据包给电子设备，

所述电子设备：用于接收上位机传送的人体运动数据，发送控制信息。

3.根据权利要求1所述的机器人动作模拟装置，其特征在于，所述上位机包括：

所述体感设备，用于与所述上位机处理器连接；

所述上位机处理器，用于与所述处理器连接。

4.根据权利要求1所述的机器人动作模拟装置，其特征在于，所述上位机包括：

所述体感设备，用于识别人体；

所述上位机处理器，用于采集人体运动数据并处理，传送数据包给处理器。

5.根据权利要求2所述的机器人动作模拟装置，其特征在于，所述电子设备包括：

所述处理器，用于与所述通信设备、所述上位机连接；

所述通信设备，用于与处理器设备、电机驱动装置连接；

所述电机驱动装置，用于与所述通信设备、所述电机、所述限位板卡连接；

所述电机，用于与所述电机驱动装置连接；

所述限位板卡，用于与所述电机驱动装置连接。

6.根据权利要求2所述的机器人动作模拟装置，其特征在于，所述电子设备包括：

所述处理器用于接收上位机传送的人体运动数据，通过通信设备发送控制信息给电机驱动装置；

所述通信设备用于接收处理器发出的信号，并发送控制信息给电机驱动装置；

所述电机驱动装置用于接收通信设备发送的控制信息，并发送驱动信息给电机；

所述电机用于接收所述电机驱动装置发送的驱动信息，运动至指定位置；

所述限位板卡用于采用霍尔传感器和光电开关的方式确定下位机各关节零位和限位。

7.根据权利要求2所述的机器人动作模拟装置，其特征在于，所述体感设备包括以下任意一种：Kinect传感器、PlayStation Move动态控制器、Wii。

8.根据权利要求2所述的机器人动作模拟装置，其特征在于，所述上位机处理器，包括以下任意一种：桌面型计算机、膝上型计算机、手持计算机、笔记本电脑、超级移动个人计算机、上网本。

9.根据权利要求2所述的机器人动作模拟装置，其特征在于，所述通信设备，包括以下任意一种：CAN通信卡、PCI总线通信卡、串口通讯卡、ISA总线通讯卡。

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