一种示教机器人控制系统 |
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| 申请号 | CN201710972616.9 | 申请日 | 2017-10-18 | 公开(公告)号 | CN107520845A | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 佛山市南方数据科学研究院; | 发明人 | 张剑; 王勇; 郑柱; 李泽龙; 毕文健; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种示教 机器人 控制系统，包括 示教器 、 控制器 、机器人，所述机器人包括驱动 电机 、与 驱动电机 相连的电机驱动控 制模 块 、与电机驱动 控制模块 相连的主控模块以及与主控模块相连的显示模块和用户操作模块，所述控制器分别与示教器和机器人电联接；本发明适应于不同类型用户，应用范围广泛，保证了用户和器人自身的安全，由于该示教器具有感测模块，所述感测模块感测示教器的空间 姿态 ，示教器将感测得到的信息传递给控制器，所述控制器根据接收到的信息控制机器人模仿示教器的空间姿态，因此，机器人的控制非常简单，操作人员经过简单培训就可以上岗操作，降低机器人系统的使用成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种示教机器人控制系统，其特征在于：包括示教器、控制器、机器人，所述机器人包括驱动电机、与驱动电机相连的电机驱动控制模块、与电机驱动控制模块相连的主控模块以及与主控模块相连的显示模块和用户操作模块，所述控制器分别与示教器和机器人电联接，所述示教器上设有感测模块，所述感测模块感测示教器的空间姿态，示教器将感测得到的信息传递给控制器，所述控制器根据接收到的信息控制机器人模仿示教器的空间姿态，所述感测模块感测示教器的空间姿态包括感测示教器的移动和/或转动的运动参数，所述的运动参数包括速度、加速度和方向角，所述示教器还包括与感测模块连接的显示模块、功能操作按键和声音发生器，该显示模块显示示教器的状态及姿态信息、机器人运行状态和控制器的信息；该功能操作按键可人工操作示教器并输入数据，所述控制器外接有显示屏幕，所述示教器与控制器之间的信号传递方式为有线或者无线，机器人模仿示教器的空间姿态包括示教器移动时，机器人按照示教器的移动轨迹移动；示教器转动时，机器人按照示教器的转动轨迹转动，所述用户操作模块包括：头戴鼠标控制模块，所述头戴鼠标控制模块由传感器与无线通信模块组成，所述传感器为角度传感器或加速度传感器或倾角传感器； |
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| 说明书全文 | 一种示教机器人控制系统技术领域背景技术[0002] 机器人是自动控制机器（Robot）的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械（如机器狗，机器猫等）。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人。随着智能家用机器人的普及，越来越多的家庭使用智能化的机器人，这些机器人的种类有很多，大都以服务型为主，也有一些示教类的机器人，用于家里孩子的教学使用。但是这些示教类机器人一般只有一个屏幕，没有其他的功能，也没用与机器人的互动功能。 [0003] 所以，如何设计一种示教机器人控制系统，成为我们当前要解决的问题。 发明内容[0004] 本发明提供一种示教机器人控制系统，适应于不同类型用户，应用范围广泛，且按键少、易操作，保证了用户和器人自身的安全，头戴鼠标、脚踏开关、语音识别多种人机交互操作模式可供选择，适应于不同类型用户，应用范围广泛；头戴鼠标、脚踏开关、语音识别三种方式配合语音提示和显示屏进行操作，按键少、易操作、直观；安全保护模块保证了用户和器人自身的安全，由于该示教器具有感测模块，所述感测模块感测示教器的空间姿态，示教器将感测得到的信息传递给控制器，所述控制器根据接收到的信息控制机器人模仿示教器的空间姿态，因此，机器人的控制非常简单，操作人员经过简单培训就可以上岗操作，降低机器人系统的使用成本，可以有效解决上述背景技术中的问题。 [0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种示教机器人控制系统，包括示教器、控制器、机器人，所述机器人包括驱动电机、与驱动电机相连的电机驱动控制模块、与电机驱动控制模块相连的主控模块以及与主控模块相连的显示模块和用户操作模块，所述控制器分别与示教器和机器人电联接，所述示教器上设有感测模块，所述感测模块感测示教器的空间姿态，示教器将感测得到的信息传递给控制器，所述控制器根据接收到的信息控制机器人模仿示教器的空间姿态，所述感测模块感测示教器的空间姿态包括感测示教器的移动和/或转动的运动参数，所述的运动参数包括速度、加速度和方向角，所述示教器还包括与感测模块连接的显示模块、功能操作按键和声音发生器，该显示模块显示示教器的状态及姿态信息、机器人运行状态和控制器的信息；该功能操作按键可人工操作示教器并输入数据，所述控制器外接有显示屏幕，所述示教器与控制器之间的信号传递方式为有线或者无线，机器人模仿示教器的空间姿态包括示教器移动时，机器人按照示教器的移动轨迹移动；示教器转动时，机器人按照示教器的转动轨迹转动，所述用户操作模块包括：头戴鼠标控制模块，所述头戴鼠标控制模块由传感器与无线通信模块组成，所述传感器为角度传感器或加速度传感器或倾角传感器；语音识别控制模块，所述语音识别控制模块用于识别用户语音控制指令，所述系统还包括安全保护模块，所述安全保护模块与主控模块和电机驱动控制模块相连，所述安全保护模块具体为：测距模块，包括测距传感器，用于测量机器人末端喂食端与用户和周围物体和人的距离；限位模块，包括限位传感器，用于限制机器人关节的运动范围，所述系统还包括电源管理模块，用于控制整个系统的电源，所述电源管理模块与主控模块和电机驱动控制模块相连，所述主控模块包括基于ARM的嵌入式控制主板，所述电机驱动控制模块包括单片机或DSP嵌入式电机控制芯片。 [0006] 根据上述技术方案，所述控制系统还包括语音提示模块，用于配合用户操作模块和显示模块的操作和显示提示用户，所述语音提示模块和主控模块相连。 [0007] 根据上述技术方案，所述控制系统还包括脚踏开关控制模块，所述脚踏开关控制模块由两个脚踏开关组成，一个脚踏开关用于确认操作，另一个脚踏开关用于选择操作。 [0008] 根据上述技术方案，所述驱动电机包括定子，其包括定子芯和绕组，定子芯包括彼此沿周向间隔槽的多个齿，绕组延伸通过槽，多个齿的每一者包括卷绕有绕组的部分；以及转子，其包括形成多个磁极面的永久磁铁部，多个磁极面设置在转子的与定子相对的面上，多个齿的每一者具有与磁极面相对的前端部，前端部的周向宽度小于数量大于多个齿的数量的磁极面的周向宽度。 [0009] 根据上述技术方案，所述驱动电机彼此相邻的齿的前端部之间的周向间隙大于前端部的周向宽度，定子芯包括六个或六个以上齿，六个或六个以上的齿中的每一者具有与磁极面相对的前端部，并且前端部的周向宽度小于数量大于多个齿的数量的磁极面的周向宽度，前端部的周向宽度小于数量大于多个齿的数量的磁极面的周向宽度并且小于齿的周向宽度最大的部分的周向宽度，前端部的周向宽度小于数量大于多个齿的数量的磁极面的周向宽度，并且前端部的轴向厚度大于前端部的周向宽度，当沿同步驱动电机的旋转轴线观察前端部时，卷绕在齿上的绕组的周向外缘位于齿的前端部的周向外缘更外侧，永久磁铁部径向布置在定子外侧，齿的每一者具有与径向设置在定子外侧的磁极面相对的前端部，并且前端部的周向宽度小于数量大于多个齿的数量的磁极面的周向宽度，永久磁铁部径向布置在定子内侧，齿的每一者具有与径向布置在定子内侧的磁极面相对的前端部，并且前端部的周向宽度小于数量大于多个齿的数量的磁极面的周向宽度。 [0010] 根据上述技术方案，所述示教器包括前壳、与前壳相互固定的后壳，后壳具有自其外表面向内凹陷的凹槽，凹槽具有上壁、与上壁相对的下壁及连接上壁与下壁的一对侧壁；下壁为曲面结构，下壁的中间向凹槽中心方向凸伸，下壁的下端相对下壁的上端更向凹槽的中心凸伸，以致下壁与外表面形成一个非垂直角度，后壳具有位于下壁中间位置且贯穿后壳外表面至内表面的通孔，通孔与下壁相互垂直。 [0011] 根据上述技术方案，所述下壁与外表面之间角度在120度至150度之间。 [0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果：适应于不同类型用户，应用范围广泛，且按键少、易操作，保证了用户和器人自身的安全，头戴鼠标、脚踏开关、语音识别多种人机交互操作模式可供选择，适应于不同类型用户，应用范围广泛；头戴鼠标、脚踏开关、语音识别三种方式配合语音提示和显示屏进行操作，按键少、易操作、直观；安全保护模块保证了用户和器人自身的安全，由于该示教器具有感测模块，所述感测模块感测示教器的空间姿态，示教器将感测得到的信息传递给控制器，所述控制器根据接收到的信息控制机器人模仿示教器的空间姿态，因此，机器人的控制非常简单，操作人员经过简单培训就可以上岗操作，降低机器人系统的使用成本。附图说明 具体实施方式[0015] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。 [0016] 实施例：如图1-2所示，本发明提供一种示教机器人控制系统，包括示教器、控制器、机器人，所述机器人包括驱动电机、与驱动电机相连的电机驱动控制模块、与电机驱动控制模块相连的主控模块以及与主控模块相连的显示模块和用户操作模块，所述控制器分别与示教器和机器人电联接，所述示教器上设有感测模块，所述感测模块感测示教器的空间姿态，示教器将感测得到的信息传递给控制器，所述控制器根据接收到的信息控制机器人模仿示教器的空间姿态，所述感测模块感测示教器的空间姿态包括感测示教器的移动和/或转动的运动参数，所述的运动参数包括速度、加速度和方向角，所述示教器还包括与感测模块连接的显示模块、功能操作按键和声音发生器，该显示模块显示示教器的状态及姿态信息、机器人运行状态和控制器的信息；该功能操作按键可人工操作示教器并输入数据，所述控制器外接有显示屏幕，所述示教器与控制器之间的信号传递方式为有线或者无线，机器人模仿示教器的空间姿态包括示教器移动时，机器人按照示教器的移动轨迹移动；示教器转动时，机器人按照示教器的转动轨迹转动，所述用户操作模块包括：头戴鼠标控制模块，所述头戴鼠标控制模块由传感器与无线通信模块组成，所述传感器为角度传感器或加速度传感器或倾角传感器；语音识别控制模块，所述语音识别控制模块用于识别用户语音控制指令，所述系统还包括安全保护模块，所述安全保护模块与主控模块和电机驱动控制模块相连，所述安全保护模块具体为：测距模块，包括测距传感器，用于测量机器人末端喂食端与用户和周围物体和人的距离；限位模块，包括限位传感器，用于限制机器人关节的运动范围，所述系统还包括电源管理模块，用于控制整个系统的电源，所述电源管理模块与主控模块和电机驱动控制模块相连，所述主控模块包括基于ARM的嵌入式控制主板，所述电机驱动控制模块包括单片机或DSP嵌入式电机控制芯片。 [0017] 根据上述技术方案，所述控制系统还包括语音提示模块，用于配合用户操作模块和显示模块的操作和显示提示用户，所述语音提示模块和主控模块相连。 [0018] 根据上述技术方案，所述控制系统还包括脚踏开关控制模块，所述脚踏开关控制模块由两个脚踏开关组成，一个脚踏开关用于确认操作，另一个脚踏开关用于选择操作。 [0019] 根据上述技术方案，所述驱动电机包括定子，其包括定子芯和绕组，定子芯包括彼此沿周向间隔槽的多个齿，绕组延伸通过槽，多个齿的每一者包括卷绕有绕组的部分；以及转子，其包括形成多个磁极面的永久磁铁部，多个磁极面设置在转子的与定子相对的面上，多个齿的每一者具有与磁极面相对的前端部，前端部的周向宽度小于数量大于多个齿的数量的磁极面的周向宽度。 [0020] 根据上述技术方案，所述驱动电机彼此相邻的齿的前端部之间的周向间隙大于前端部的周向宽度，定子芯包括六个或六个以上齿，六个或六个以上的齿中的每一者具有与磁极面相对的前端部，并且前端部的周向宽度小于数量大于多个齿的数量的磁极面的周向宽度，前端部的周向宽度小于数量大于多个齿的数量的磁极面的周向宽度并且小于齿的周向宽度最大的部分的周向宽度，前端部的周向宽度小于数量大于多个齿的数量的磁极面的周向宽度，并且前端部的轴向厚度大于前端部的周向宽度，当沿同步驱动电机的旋转轴线观察前端部时，卷绕在齿上的绕组的周向外缘位于齿的前端部的周向外缘更外侧，永久磁铁部径向布置在定子外侧，齿的每一者具有与径向设置在定子外侧的磁极面相对的前端部，并且前端部的周向宽度小于数量大于多个齿的数量的磁极面的周向宽度，永久磁铁部径向布置在定子内侧，齿的每一者具有与径向布置在定子内侧的磁极面相对的前端部，并且前端部的周向宽度小于数量大于多个齿的数量的磁极面的周向宽度。 [0021] 根据上述技术方案，所述示教器包括前壳、与前壳相互固定的后壳，后壳具有自其外表面向内凹陷的凹槽，凹槽具有上壁、与上壁相对的下壁及连接上壁与下壁的一对侧壁；下壁为曲面结构，下壁的中间向凹槽中心方向凸伸，下壁的下端相对下壁的上端更向凹槽的中心凸伸，以致下壁与外表面形成一个非垂直角度，后壳具有位于下壁中间位置且贯穿后壳外表面至内表面的通孔，通孔与下壁相互垂直。 [0022] 根据上述技术方案，所述下壁与外表面之间角度在120度至150度之间。 [0023] 基于上述，本发明的优点在于，适应于不同类型用户，应用范围广泛，且按键少、易操作，保证了用户和器人自身的安全，头戴鼠标、脚踏开关、语音识别多种人机交互操作模式可供选择，适应于不同类型用户，应用范围广泛；头戴鼠标、脚踏开关、语音识别三种方式配合语音提示和显示屏进行操作，按键少、易操作、直观；安全保护模块保证了用户和器人自身的安全，由于该示教器具有感测模块，所述感测模块感测示教器的空间姿态，示教器将感测得到的信息传递给控制器，所述控制器根据接收到的信息控制机器人模仿示教器的空间姿态，因此，机器人的控制非常简单，操作人员经过简单培训就可以上岗操作，降低机器人系统的使用成本。 [0024] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术患者来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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