CN219235298U - 一种机械臂控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械臂控制系统，包括宿主机、虚拟机、机械臂控制模块、机械臂控制器、机械臂驱动件和机械臂；虚拟机安装于宿主机上，机械臂控制模块安装于虚拟机上；机械臂控制器电连接宿主机，并和机械臂控制模块通信；机械臂控制器电连接机械臂驱动件，机械臂驱动件连接机械臂。该系统具有以下有益效果：无需使用到树莓派等微型计算机，节约了成本；虚拟机的算力性能强于树莓派等微型计算机，可使机械臂的控制计算更快速；虚拟机相较于树莓派等微型计算机更加容易移植。

Description

一种机械臂控制系统

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种机械臂控制系统。

背景技术

近年来，随着机器人领域的发展，各种机械臂的应用也愈发广泛。

现有机械臂的控制一般通过树莓派和个人计算机联合完成。具体的方案如图1所示，机械臂通过数据线连接用于控制机械臂的单片机；单片机和设于机械臂上的相机均通过数据线连接树莓派，树莓派上部署了机械臂控制环境，负责对图像数据进行处理与机械臂控制路径的计算；个人计算机通过WiFi与树莓派进行通信，负责输入控制信号与观察控制结果，最终在个人计算机上实现对机械臂的控制。

现有树莓派和个人计算机联合控制机械臂的方案同时需求树莓派和个人计算机，成本较高且数据传输收到WiFi的限制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种机械臂控制系统，解决了树莓派和个人计算机联合控制机械臂导致的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种机械臂控制系统，包括宿主机、虚拟机、机械臂控制模块、机械臂控制器、机械臂驱动件和机械臂；

所述虚拟机安装于所述宿主机上，所述机械臂控制模块安装于所述虚拟机上；

所述机械臂控制器电连接所述宿主机，并和所述机械臂控制模块通信；

所述机械臂控制器电连接所述机械臂驱动件，所述机械臂驱动件连接所述机械臂。

可选的，所述虚拟机为linux虚拟机，所述机械臂控制器为单片机。

可选的，所述机械臂上安装有机械臂相机，所述虚拟机上还安装有图像处理模块，所述图像处理模块通信连接所述机械臂控制模块；

所述机械臂相机电连接所述宿主机，并和所述图像处理模块通信。

可选的，所述宿主机上安装有宿主机相机；所述宿主机相机电连接所述宿主机，并和所述图像处理模块通信。

可选的，所述宿主机上设有第一数据接口，所述第一数据接口电连接有第一数据线，所述第一数据线远离所述宿主机的一端电连接所述机械臂控制器；所述机械臂控制器通过所述第一数据线和所述机械臂控制模块通信；

和/或，

所述宿主机上设有第二数据接口，所述第二数据接口电连接有第二数据线，所述第二数据线远离所述宿主机的一端电连接所述机械臂相机；所述机械臂相机通过所述第二数据线和所述图像处理模块通信；

和/或，

所述宿主机上设有第三数据接口，所述第三数据接口电连接有第三数据线，所述第三数据线远离所述宿主机的一端电连接所述宿主机相机；所述宿主机相机通过所述第三数据线和所述图像处理模块通信。

可选的，所述机械臂控制系统还包括用于输入控制指令的指令输入器；所述指令输入器通信连接所述宿主机，并和所述机械臂控制模块通信。

可选的，所述宿主机上设有第四数据接口，所述第四数据接口电连接有第四数据线，所述第四数据线远离所述宿主机的一端电连接所述指令输入器，所述指令输入器通过所述第四数据线和所述图像处理模块通信；

或者，所述宿主机上设有无线通信器，所述无线通信器无线通信连接所述指令输入器，所述指令输入器通过所述无线通信器和所述图像处理模块通信；

所述指令输入器为键盘。

可选的，所述宿主机上安装有宿主机操作系统，所述宿主机操作系统上安装有虚拟机平台；所述虚拟机安装于所述虚拟机平台上；

所述虚拟机包括安装于所述虚拟机平台上的虚拟机操作系统，所述机械臂控制模块和所述图像处理模块安装于所述虚拟机操作系统上；

所述虚拟机操作系统为linux操作系统；

所述宿主机操作系统为windows操作系统或macOS操作系统。

可选的，所述宿主机还包括硬件设备，所述硬件设备包括CPU、内存、硬盘和PCI设备；所述虚拟机平台用于将所述硬件设备分配给所述虚拟机。

可选的，所述机械臂相机设于所述机械臂的夹持端；所述宿主机为个人计算机，所述机械臂驱动件包括舵机和/或电机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的机械臂控制系统通过在虚拟机中安装机械臂控制模块来实现对机械臂的控制，无需使用到树莓派等微型计算机，节约了成本。进一步的，虚拟机相较于树莓派等微型计算机，可根据需求动态分配宿主机的硬件设备，例如硬盘和内存等，以更加合理地利用资源；且虚拟机的的算力性能来源于宿主机，宿主机一般采用个人计算机，性能远强于卡片式的树莓派或jetson nano等微型计算机，由此可使机械臂的控制计算更快速。

此外，传统方式采用个人电脑和树莓派联合控制机械臂，那么移植控制环境时要使用额外的TF卡备份树莓派，还要备份个人电脑的相关信息；而本实用新型提供的机械臂控制系统可将虚拟机整体移植，可移植性强且移植方便快捷。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为现有技术提供的机械臂控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的机械臂控制系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的机械臂控制系统的另一结构示意图。

图示说明：10、宿主机；11、虚拟机；12、机械臂控制模块；13、图像处理模块；14、虚拟机平台；20、机械臂控制器；30、机械臂驱动件；40、机械臂；50、机械臂相机；60、宿主机相机；70、指令输入器。

具体实施方式

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“右”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。需要说明的是，当一个组件被认为是“连接/设置在”另一个组件，它可以是连接/设置在另一个组件，也可能同时存在居中设置的组件。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

现有机械臂40的控制一般通过树莓派和个人计算机联合完成，这种方案同时需求树莓派和个人计算机，成本较高且数据传输收到WiFi的限制。如果直接去掉计算机，选择在树莓派上接入显示屏和键鼠等来负责输入控制信号与观察控制结果，会面临树莓派的硬件资源有限的问题，在本地做控制输入和显示会耗费树莓派非常有限的算力；而直接去掉树莓派，采用电脑来部署机械臂控制环境，又会面临主流的Windows环境不适合作为机械臂40控制与编程环境的问题。

本实用新型提供了一种机械臂控制系统，不再采用树莓派和个人计算机联合控制机械臂40，而是采用个人计算机来控制机械臂40，并且解决了前述直接去掉树莓派会导致的问题。

请参考图2，本实施例提供的机械臂控制系统包括宿主机10、虚拟机11、机械臂控制模块12、机械臂控制器20、机械臂驱动件30和机械臂40。

虚拟机11安装于宿主机10上，机械臂控制模块12安装于虚拟机11上。

机械臂控制器20电连接宿主机10，并和机械臂控制模块12通信。机械臂控制模块12用于向机械臂控制器20传输机械臂控制信号。

机械臂控制器20电连接机械臂驱动件30，用于基于机械臂控制信号控制机械臂驱动件30。

机械臂驱动件30连接机械臂40，用于驱动机械臂40动作。

其中，宿主机10为个人计算机，机械臂驱动件30包括舵机和/或电机。

本实施例通过在虚拟机11中安装机械臂控制模块12来实现对机械臂40的控制，无需使用到树莓派等微型计算机，节约了成本。相较于树莓派等微型计算机，虚拟机11可根据需求动态分配宿主机10的硬件设备，例如硬盘和内存等，以更加合理地利用资源；且虚拟机11的的算力性能来源于宿主机10，宿主机10一般采用个人计算机(PC，PersonalComputer)，性能远强于卡片式的树莓派或jetson nano等微型计算机(Microcomputer)，使机械臂40的控制计算更快速。

此外，传统方式采用个人电脑和树莓派联合控制机械臂40，那么移植控制环境时要使用额外的TF卡备份树莓派，还要备份个人电脑的相关信息；而本实施例可将虚拟机11整体移植，可移植性强且移植方便快捷。

本实施例将宿主机10和机械臂控制器20直接电连接，还可避免传统方式WiFi数据传输不稳定和速度慢的问题。由于将宿主机10和机械臂控制器20直接电连接，因此，本实施例更适合机械臂40不用移动的应用场景，例如机械臂40安装于流水线旁的固定位置处，这类应用场景下无线连接相较于有线连接并没有优势，而本实施例的优势能得以发挥。

具体的，虚拟机11为linux虚拟机，机械臂控制器20为单片机。linux环境更适合作为机械臂40的控制与编程环境，因此虚拟机11选用linux虚拟机。机械臂控制器20只负责控制机械臂驱动件30，不用负责图像数据的处理和机械臂移动路径的计算，因此单片机的性能就足以满足机械臂控制器20的性能要求。

在本实施例中，机械臂40上固定安装有机械臂相机50，该机械臂相机50可设于机械臂40的夹持端。虚拟机11上还安装有图像处理模块13，图像处理模块13通信连接机械臂控制模块12。机械臂相机50电连接宿主机10，并和图像处理模块13通信。

图像处理模块13用于基于机械臂相机50采集的图像，确定机械臂周围环境。其中，机械臂周围环境可以包括夹持物坐标和障碍物坐标。

宿主机10上固定安装有宿主机相机60。宿主机相机60电连接宿主机10，并和图像处理模块13通信。图像处理模块13用于基于宿主机相机60采集的图像，确定手势指令。

机械臂控制模块12用于基于手势指令以及机械臂周围环境计算机械臂移动路径，并基于机械臂移动路径向机械臂控制器20传输机械臂控制信号。

本实施例宿主机相机60采集的图像可直接传输到虚拟机11上的图像处理模块13进行处理，而传统的方案中图像需要传输到树莓派上进行处理，会受到树莓派性能和WiFi信号传输速率的限制，处理速度相较于本实施例的方案而言明显偏慢。

在一些可能的实施方式中，宿主机10上设有第一数据接口，第一数据接口电连接有第一数据线，第一数据线远离宿主机10的一端电连接机械臂控制器20。机械臂控制器20通过第一数据线和机械臂控制模块12通信。

在一些可能的实施方式中，宿主机10上设有第二数据接口，第二数据接口电连接有第二数据线，第二数据线远离宿主机10的一端电连接机械臂相机50。机械臂相机50通过第二数据线和图像处理模块13通信。

在一些可能的实施方式中，宿主机10上设有第三数据接口，第三数据接口电连接有第三数据线，第三数据线远离宿主机10的一端电连接宿主机相机60。宿主机相机60通过第三数据线和图像处理模块13通信。

在一些实施例中，机械臂控制系统还包括用于输入控制指令的指令输入器70。指令输入器70通信连接宿主机10，并和机械臂控制模块12通信。

机械臂控制模块12用于基于控制指令以及机械臂周围环境计算机械臂移动路径，并基于机械臂移动路径向机械臂控制器20传输机械臂控制信号。

可以理解的是，机械臂控制模块12基于控制指令还是手势指令，可根据客户需求来选择。

指令输入器70和宿主机10的通信方式可以是无线，也可以是有线。

在一些可能的实施方式中，宿主机10上设有第四数据接口，第四数据接口电连接有第四数据线，第四数据线远离宿主机10的一端电连接指令输入器70。指令输入器70通过第四数据线和图像处理模块13通信。

在一些可能的实施方式中，宿主机10上设有无线通信器，无线通信器无线通信连接指令输入器70。指令输入器70通过无线通信器和图像处理模块13通信。

在本实施例中，宿主机10上安装有宿主机操作系统，宿主机操作系统上安装有虚拟机平台14。虚拟机11安装于虚拟机平台14上。宿主机10还包括硬件设备，硬件设备包括CPU、内存、硬盘和PCI设备。虚拟机平台14用于将硬件设备分配给虚拟机11。可以理解的是，本实施例的宿主机10还可电连接显示器和鼠标。

在本实施例中，虚拟机11包括安装于虚拟机平台14上的虚拟机操作系统，机械臂控制模块12和图像处理模块13安装于虚拟机操作系统上。

虚拟机操作系统为linux操作系统，宿主机操作系统为windows操作系统或macOS操作系统。

可以理解的是，在本实用新型各个实施例中的各机械臂控制模块12和图像处理模块13可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在。

以上所述、以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种机械臂控制系统，其特征在于，包括宿主机、虚拟机、机械臂控制模块、机械臂控制器、机械臂驱动件和机械臂；

所述虚拟机安装于所述宿主机上，所述机械臂控制模块安装于所述虚拟机上；

所述机械臂控制器电连接所述宿主机，并和所述机械臂控制模块通信；

所述机械臂控制器电连接所述机械臂驱动件，所述机械臂驱动件连接所述机械臂。

2.根据权利要求1所述的机械臂控制系统，其特征在于，所述虚拟机为linux虚拟机，所述机械臂控制器为单片机。

3.根据权利要求1所述的机械臂控制系统，其特征在于，所述机械臂上安装有机械臂相机，所述虚拟机上还安装有图像处理模块，所述图像处理模块通信连接所述机械臂控制模块；

所述机械臂相机电连接所述宿主机，并和所述图像处理模块通信。

4.根据权利要求3所述的机械臂控制系统，其特征在于，所述宿主机上安装有宿主机相机；所述宿主机相机电连接所述宿主机，并和所述图像处理模块通信。

5.根据权利要求4所述的机械臂控制系统，其特征在于，所述宿主机上设有第一数据接口，所述第一数据接口电连接有第一数据线，所述第一数据线远离所述宿主机的一端电连接所述机械臂控制器；所述机械臂控制器通过所述第一数据线和所述机械臂控制模块通信；

和/或，

所述宿主机上设有第二数据接口，所述第二数据接口电连接有第二数据线，所述第二数据线远离所述宿主机的一端电连接所述机械臂相机；所述机械臂相机通过所述第二数据线和所述图像处理模块通信；

和/或，

所述宿主机上设有第三数据接口，所述第三数据接口电连接有第三数据线，所述第三数据线远离所述宿主机的一端电连接所述宿主机相机；所述宿主机相机通过所述第三数据线和所述图像处理模块通信。

6.根据权利要求3所述的机械臂控制系统，其特征在于，所述机械臂控制系统还包括用于输入控制指令的指令输入器；所述指令输入器通信连接所述宿主机，并和所述机械臂控制模块通信。

7.根据权利要求6所述的机械臂控制系统，其特征在于，所述宿主机上设有第四数据接口，所述第四数据接口电连接有第四数据线，所述第四数据线远离所述宿主机的一端电连接所述指令输入器，所述指令输入器通过所述第四数据线和所述图像处理模块通信；

或者，所述宿主机上设有无线通信器，所述无线通信器无线通信连接所述指令输入器，所述指令输入器通过所述无线通信器和所述图像处理模块通信；

所述指令输入器为键盘。

8.根据权利要求3所述的机械臂控制系统，其特征在于，所述宿主机上安装有宿主机操作系统，所述宿主机操作系统上安装有虚拟机平台；所述虚拟机安装于所述虚拟机平台上；

所述虚拟机包括安装于所述虚拟机平台上的虚拟机操作系统，所述机械臂控制模块和所述图像处理模块安装于所述虚拟机操作系统上；

所述虚拟机操作系统为linux操作系统；

所述宿主机操作系统为windows操作系统或macOS操作系统。

9.根据权利要求8所述的机械臂控制系统，其特征在于，所述宿主机还包括硬件设备，所述硬件设备包括CPU、内存、硬盘和PCI设备；所述虚拟机平台用于将所述硬件设备分配给所述虚拟机。

10.根据权利要求3所述的机械臂控制系统，其特征在于，所述机械臂相机设于所述机械臂的夹持端；所述宿主机为个人计算机，所述机械臂驱动件包括舵机和/或电机。

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