CN217195344U - 一款基于北斗定位系统的手势识别控制的机械臂机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一款基于北斗定位系统的手势识别控制的机械臂机器人，包括STM32VET6单片机、树莓派、上位机软件、北斗定位模块、摄像头、体感手套、电位器和NRF通信控制、仿生手、编码器电机、遥感控制器和机械手机器人，所述STM32VET6单片机采用ARMCortex‑M3内核，且管脚数量为100脚，Flash存容量为512K，内部SRAM为64K字节，拥有多8个定时器，其中含2个高级定时器，拥有三个SPI接口，USART接口多达5个，GPIO端口为80个，ADC最大采样频率为2.4Msps，2路交替采样可达4.0Msps。本实用新型所述的一款基于北斗定位系统的手势识别控制的机械臂机器人，能极大程度的将人力从冗杂、危险系数高的工作中解放出来保障人员安全。

Description

一款基于北斗定位系统的手势识别控制的机械臂机器人

技术领域

本实用新型涉及机械臂机器人领域，特别涉及一款基于北斗定位系统的手势识别控制的机械臂机器人。

背景技术

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并且具备短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度为分米、厘米级别，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒，而机器人具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围，现有的机械臂机器人使用遥控手柄操作，无法做到将履带车与手势识别控制的机械手相结合，导致设备操作不方便且操作精度低。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一款基于北斗定位系统的手势识别控制的机械臂机器人，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一款基于北斗定位系统的手势识别控制的机械臂机器人，包括STM32VET6 单片机、树莓派、上位机软件、北斗定位模块、摄像头、体感手套、电位器和NRF通信控制、仿生手、编码器电机、遥感控制器和机械手机器人。

优选的，所述STM32VET6单片机采用ARMCortex-M3内核，且管脚数量为 100脚，Flash存容量为512K，内部SRAM为64K字节，拥有多8个定时器，其中含2个高级定时器，拥有三个SPI接口，USART接口多达5个，GPIO端口为80个，ADC最大采样频率为2.4Msps，2路交替采样可达4.0Msps。

优选的，所述树莓派通过局域网与上位机连接，并在树莓派上运行python 脚本，解析定位信息及姿态信息，同时将实时图像及位置信息进行无线流数据加密传输发送给上位机软件。

优选的，所述北斗定位模块与STM32VET6单片机之间使用串口通信。

优选的，所述摄像头和所述树莓派连接并进行视频流数据传输。

优选的，所述体感手套上表面设置有电位器，所述体感手套一侧活动安装有指关节，所述指关节和所述电位器连接，所述NRF通信控制和STM32VET6 单片机连接，所述体感手套通过NRF通信控制和仿生手信号连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：经过室外与室内测试与，完成了指定地点到达、模拟扫雷、消毒药剂喷洒等预定任务，可将其用于飞机油箱故障检测与维修、狭小空间环境探测、高精度机械操作等多种应用场景，此外设备成本低、体积小，功能全面等多方面的优点，目前我国工业化生产中本机器人适用的场景有很多，经过改进批量化生产投入市场后能极大程度的将人力从冗杂、危险系数高的工作中解放出来保障人员安全。

附图说明

图1为本实用新型一款基于北斗定位系统的手势识别控制的机械臂机器人的总体设计图；

图2为本实用新型一款基于北斗定位系统的手势识别控制的机械臂机器人的体感手套三维图；

图3为本实用新型一款基于北斗定位系统的手势识别控制的机械臂机器人的体感手套PCB图；

图4为本实用新型一款基于北斗定位系统的手势识别控制的机械臂机器人的北斗导航硬件连接图。

图中：1、STM32VET6单片机；2、树莓派；3、上位机软件；4、北斗定位模块；5、摄像头；6、体感手套；7、电位器；8、NRF通信控制。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

实施例一

如图1-4所示，一款基于北斗定位系统的手势识别控制的机械臂机器人，包括STM32VET6单片机1、树莓派2、上位机软件3、北斗定位模块4、摄像头5、体感手套6、电位器7和NRF通信控制8、仿生手、编码器电机、遥感控制器和机械手机器人；STM32VET6单片机1采用ARMCortex-M3内核，且管脚数量为100脚，Flash存容量为512K，内部SRAM为64K字节，拥有多8个定时器，其中含2个高级定时器，拥有三个SPI接口，USART接口多达5个， GPIO端口为80个，ADC最大采样频率为2.4Msps，2路交替采样可达4.0Msps；树莓派2通过局域网与上位机连接，并在树莓派2上运行python脚本，解析定位信息及姿态信息，同时将实时图像及位置信息进行无线流数据加密传输发送给上位机软件；北斗定位模块4与STM32VET6单片机1之间使用串口通信；摄像头5和树莓派2连接并进行视频流数据传输；体感手套6上表面设置有电位器7，体感手套6一侧活动安装有指关节，指关节和电位器7连接， NRF通信控制8和STM32VET6单片机1连接，体感手套6通过NRF通信控制和仿生手信号连接；体感手套NRF24L01发送数据代码如下：

θ＝arcsin(2(q₀q₂-q₁q₃))

实施例二

如图1-4所示，设备可以分成装载着仿生手的履带车，体感手套6，流数据无线传输部分，以及上位机软件3，上位机软件3获得树莓派2回传的视频以及位置信息的反馈，通过实时的反馈不断，调整前进方向以及使用体感手套6调节发出控制指令仿生手握力的大小，以STM32VET6单片机1为控制中心，以树莓派2为数据处理中心，北斗定位模块4与摄像头5提供位置与周边环境信息无线局域网以及NRF射频模块进行数据传输，机械手上的多个舵机控制机械手的动作，从而实现对机械手机器人的精确控制，采用 STM32F103VET6单片机1，作为树莓派2的协处理器，此STM32VET6单片机1 采用ARMCortex-M3内核，管脚数量为100脚，Flash存容量为512K，内部SRAM 为64K字节，拥有多达8个定时器，其中含2个高级定时器，拥有三个SPI 接口，USART接口多达5个，GPIO端口为80个，ADC最大采样频率为2.4Msps，2路交替采样可达4.0Msps，综上所述，STM32VET6单片机1在降低成本的情况下，在计算能力与开发潜力上均满足要求，采用树莓派2电脑板来开发边缘计算终端，提高方案性价比和适用性，针对野外恶劣环境、成本及维护性等方面考虑，边缘计算终端采用树莓派2RaspberryPi4电脑板来开发，该电脑板外形只有信用卡大小，却具有电脑的所有基本功能，成本非常低廉，售价不足40美元，树莓派2支持ARM GNU/Linux、Windows 10 IOT版等多种操作系统，有丰富开源软件可以选用，在树莓派2通过局域网与上位机连接，并在树莓派2上运行python脚本，解析定位信息及姿态信息，同时将实时图像及位置信息进行无线流数据加密传输，发送给上位机软件3，采用ATK1218 北斗定位模块4，定位芯片采用S1216，自带后备电池，掉电后短时间内重新上电可在几秒内定位，更新频率可达20Hz，通信波特率可达230400，采用串口通信方式，并且配置的数据可以长期保存，使用方便，成本较低，此模块各方面均满足本机器人对定位模块的需求，利用上位机软件3在终端查看位置信息，航迹推算定位作为辅助的相对定位方法，通过陀螺仪测量转向的角加速度，对时间积分获得机器人此时的行进方向；利用编码器电机读数测量电机的转速，并推断出履带的运动速度，并结合北斗定位信息辅以卡尔曼滤波算法获得机器人的运动路程，北斗定位模块4与STM32VET6单片机1之间使用串口通信，采用RPI Camera V2800万像素摄像头5，配合树莓派2，进行视频流数据传输，体感手套6采用3D打印技术、PCB制板以及软件仿真等技术，先进行电路设计，利用Altium Designer软件画出控制板，将设计出的PCB板导入到SolidWorks软件中进行3D模型设计，通过SolidWorks完成仿生手手套的初步设计，之后，在SolidWorks软件中进行手套的动力学仿真，进一步改进手套的机械结构，将五根手指的弯曲伸直运动转化成五个电位器7 的旋转角度，采用STM32VET6单片机1作为核心控制核心控制芯片，采用多通路ADC对五个电位器7进行采样，有效实现对机械手动作的精确控制.利用 DMA实现对五路ADC的采样数据的直接搬运，没有Cortex-M3核心的处理，在后台完成数据的传输，主处理器执行其他任务，在整个数据块传输完成后，再中断主处理器来处理这些数据，减轻MCU资源占有率，减小MCU的压力，而MPU6050模块是一款高性能三轴加速度加三轴陀螺仪的六轴传感器模块负责采集手臂的俯仰与偏转动作，其采用IIC通信方式，向外部MCU发送姿态解算后的数据，极大地降低了运动处理运算对MCU的负荷，无线收发器芯片 NRF24L01的输出功率和协议可通过SPI接口进行设置，可连接到各种单片机芯片并完成无线数据传送工作，它具有宽电压的工作范围，通讯频率最高可达8Mbps，数据包每次可传输1-32Byte数据，具有6个数据通道，可满足多点通讯的需要，采用3.3V供电较小的电流即可使用，能够长时间工作，可设置自动应答，确保数据可靠传输，较好的满足了系统对通讯模块的要求。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施条例的限制，上述实施条例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一款基于北斗定位系统的手势识别控制的机械臂机器人，其特征在于：包括STM32VET6单片机(1)、树莓派(2)、上位机软件(3)、北斗定位模块(4)、摄像头(5)、体感手套(6)、电位器(7)和NRF通信控制(8)、仿生手、编码器电机、遥感控制器和机械手机器人；

所述STM32VET6单片机(1)采用ARMCortex-M3内核，且管脚数量为100脚，Flash存容量为512K，内部SRAM为64K字节，拥有多8个定时器，其中含2个高级定时器，拥有三个SPI接口，USART接口多达5个，GPIO端口为80个，ADC最大采样频率为2.4Msps，2路交替采样可达4.0Msps；

所述北斗定位模块(4)与STM32VET6单片机(1)之间使用串口通信；

所述摄像头(5)和所述树莓派(2)连接并进行视频流数据传输；

所述体感手套(6)上表面设置有电位器(7)，所述体感手套(6)一侧活动安装有指关节，所述指关节和所述电位器(7)连接，所述NRF通信控制(8)和STM32VET6单片机(1)连接，所述体感手套(6)通过NRF通信控制和仿生手信号连接。

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