一种机器人控制系统及方法与流程

本发明涉及机器人控制领域，特别涉及一种机器人控制系统及方法。
背景技术：
：为了使机器人服务于特定的目标对象，能与人很好的沟通和交互，帮助人们完成任务，那么这类机器人应该具有视觉、听觉、触觉等感知能力。触觉是机器人获取环境信息的一种仅次于视觉的重要的知觉形式，是机器人实现与环境直接作用的必需媒介。与视觉不同，触觉本身有着很强的敏感能力，可直接测量对象和环境的多种性质特征，因此触觉不仅仅只是视觉的一种补充，触觉的主要任务是为了获取对象与环境信息和为完成某种作业任务而对机器人与对象、环境相互作用时的一系列物理特征量进行检测或感知，因此让机器人像人一样具有皮肤末梢神经触觉感知能力(即仿生电子皮肤)的问题就需要解决。目前仿生电子皮肤主要靠各种传感器来解决，如压阻式压力传感器等，虽然这些压力传感器有一部分已经应用于机器人触觉测量，但是它们的缺点也是相当明显。其中，申请号为2013201310396009.4的发明公开了一种压阻式电子皮肤及其制备方法，包括两柔性衬底；两导电层，分别涂覆在两柔性衬底上，两导电层相互接触；两导电极分别与两导电层接触。其中采用碳纳米管薄膜为导电层和具有微纳米图案的聚二甲基硅氧烷、聚苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯等材料为基底，使得基层具有高柔性易弯曲等优点。该发明的电子皮肤将两导电布贴在一起，外界压力越大，接触面积越大、电阻越小。但它的一致性不好，压力和电阻层之间曲线是非线性的，两导电层贴在一起，需要保证有预应力，这个预应力难以设定，导致不同传感器的特性不一致；而且两个导电层之间靠空气保持一定的距离，按压久了就像海绵被压缩，无法回弹。基于以上的问题本申请提供解决以上问题的技术方案。技术实现要素：本发明的目的是提供一种机器人控制系统及方法，通过在机器人本体的不同部位设置多个触摸传感器，并将感应的控制指令信息发送至运动控制器，运动控制器根据位置信号和机器人的工作场景控制机器人说出适当的话语或做出相应的动作，大大的丰富了人形机器人的人机交互能力。本发明的触摸传感器解决了传感器回弹的问题，提供了机器人的触发灵敏度。本发明提供的技术方案如下：一种机器人控制系统，包括：触摸传感器，用于感应用户输入的控制指令信息；触觉检测控制器，与所述触摸传感器电连接，用于获取所述触摸传感器感应的用户输入的控制指令信息，并进行处理；运动控制器，与所述触觉检测控制器，从所述触觉检测控制器中获取处理后的用户输入的控制指令信息，并根据所述控制指令信息控制所述机器人执行相应的任务。在本发明中，多个触觉传感器分别安装于机器人本体上的多个部位；运动控制器采集触觉检测控制器输出的信号，当机器人被触摸时，触觉检测控制器输出对应的被触摸位置信号至运动控制器，运动控制器根据位置信号和机器人的工作场景控制机器人说出适当的话语或做出相应的动作，大大的丰富了人形机器人的人机交互能力。优选的，包括：所述用户输入的控制指令信息包括：第一电容信息和第二电容信息；所述第一电容信息是通过设置在所述机器人内部的所述触摸传感器的电容信息，所述第二电容信息包括用户人体的电容信息；触觉检测控制器将所述第一电容信息和所述第二电容信息进行并联累加转换成所述用户输入的控制指令信息。优选的，触觉检测控制器用于将用户输入的控制指令信息进行位置识别，且将位置识别后的控制指令信息与机器人的动作模块进行匹配，并传输至所述运动控制器。优选的，包括：所述触摸传感器设置在所述机器人外壳的内侧，所述触摸传感器一侧附着在所述机器人外壳的内侧，所述触摸传感器的另一侧焊接有导线，并通过该导线与所述触觉检测控制器电连接。优选的，所述触觉检测控制器包括：电容触摸芯片u1；电源稳压器u2；所述电容触摸芯片u1设置有8个信息输入控制端为k1～k8和3个信息输出控制端为d0～d2；所述电容触摸芯片u1的每个信息输入控制端通过一个限流电阻与对应的感应信号输入端电连接；所述电容触摸芯片u1的每个信息输出控制端分别与所述运动控制模块对应电连接；所述电容触摸芯片u1的电源输入端与所述电源稳压器u2的输出端电连接；所述电源稳压器u2的输入端与电源供电端电连接。优选的，所述触觉检测控制器还包括：所述电容触摸芯片u1的信号调节端通过电容器c13与公共地端电连接；所述电容触摸芯片u1的每个信息输入控制端还通过一个调节电容与所述公共地端电连接。优选的，包括：所述触摸传感器由铜箔材料制成。在本发明中，触摸传感器的安装结构简单，便不会影响机器人的整体外形设计，触摸传感器根据实际使用需要在需要的部位安装；通过铜箔触摸传感器解决了压阻式电子皮肤导电材料容易发生变形，无法回弹的问题；另外，电容式触摸区域因为没有机械构造，所有的检测都是电量的微小变化，所以实现起来更加容易，不受结构限制。一种机器人控制方法，应用于上述所述的机器人控制系统中，包括：步骤s100获取用户输入的控制指令信息；步骤s200将获取的所述用户输入的控制指令信息进行处理；步骤s200根据处理后的所述控制指令信息控制机器人执行相应的任务。优选的，其特征在于，所述步骤s100中用户输入的控制指令信息包括：步骤s110获取第一电容信息和第二电容信息；所述第一电容信息包括触摸传感器的电容信息，所述第二电容信息包括用户人体的电容信息；步骤s120将所述第一电容信息和所述第二电容信息进行并联累加转换成所述用户输入的控制指令信息。优选的，所述步骤s200中包括：步骤s210对用户输入的控制指令信息进行位置识别；步骤s220将位置识别后的控制指令信息与机器人的动作模块进行匹配。本发明提供的一种机器人控制系统及方法，能够带来以下至少一种有益效果：1、在本发明中，触觉传感系统解决方案可根据实际使用需要在需要的部位安装触摸传感器；电子皮肤的感应灵敏度可以根据实际使用时机器人外壳厚度进行调节；本发明的感知载体厚度轻薄，可安装在各种位置，安装简单方便；尤其可以安装在机器人外壳内部，不改变机器人外观；触摸时无需挤压形变即能感知触觉。2、在本发明中，外壳的材质和厚度也可以根据实际使用需要任意变化；再加上触摸传感器厚度、形状和面积都可以根据实际使用需要进行设计和加工，使其具有灵敏度高、轻薄、耐用等优点，可以安装在各种狭小、多变的空间里。本发明中的电子皮肤的感应灵敏度可以根据实际使用时机器人外壳厚度进行调节。3、在本发明中，感知载体铜箔的厚度轻薄，可安装在各种位置，安装简单方便；尤其可以安装在机器人外壳内部，不改变机器人外观；触摸时无需挤压形变即能感知触觉。4、在本发明中，通过感应铜箔电容和人体与大地之间电容信号，生成对机器人皮肤的触发控制指令，触发控制指令输出特性稳定、成本低、易于实现。附图说明下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种机器人控制系统及方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。图1是一种机器人控制系统的一个实施例的结构图；图2是一种机器人控制系统的另一个实施例的结构图；图3是一种机器人控制系统的另一个实施例的结构图；图4是一种机器人控制系统的另一个实施例的结构图；图5是一种机器人控制系统的一个实施例的结构图；图6是一种机器人控制方法的一个实施例的流程图；图7是一种机器人控制方法的另一个实施例的流程图。附图标号说明：100.触摸传感器；200.触觉检测控制器；300.运动控制器；400.机器人外壳。具体实施方式为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。本发明提供一种机器人控制系统的一个实施例，参考图1和图2所示，包括：触摸传感器100，用于感应用户输入的控制指令信息；触觉检测控制器200，与所述触摸传感器电连接，用于获取所述触摸传感器感应的用户输入的控制指令信息，并进行处理；运动控制器300，与所述触觉检测控制器电连接，从所述触觉检测控制器中获取处理后的用户输入的控制指令信息，并根据所述控制指令信息控制所述机器人执行相应的任务。具体的，在本实施例中，本发明的系统中由多个触摸传感器100与机器人的外壳组成了机器人的仿生电子皮肤；触摸传感器采用铜箔作为触觉感受载体；触觉检测控制器200用于接收铜箔产生的电信号，并将每个铜箔产生的电信号进行放大、滤波、去噪等处理后，发送至运动控制器300也即相当于机器人的中央控制器，用于协调和调节机器人的相应动作，由于铜箔安装在机器人的不同的身体部位，触碰不同的部位，机器人做出不同的反应信息；包括表情，动作，语音等。在本发明中，多个触觉传感器分别安装于机器人本体上的多个部位；运动控制器采集触觉检测控制器输出的信号，当机器人被触摸时，触觉检测控制器输出对应的被触摸位置信号至运动控制器，运动控制器根据位置信号和机器人的工作场景控制机器人说出适当的话语或做出相应的动作，大大的丰富了人形机器人的人机交互能力。在以上实施例的基础上，本发明还提供了一个实施例；参考图2所示；包括：所述用户输入的控制指令信息包括：第一电容信息和第二电容信息；所述第一电容信息是通过设置在所述机器人内部的所述触摸传感器的电容信息，所述第二电容信息包括用户人体的电容信息；触觉检测控制器200将所述第一电容信息和所述第二电容信息进行并联累加转换成所述用户输入的控制指令信息。触觉检测控制器200用于将用户输入的控制指令信息进行位置识别，且将位置识别后的控制指令信息与机器人的动作模块进行匹配，并传输至所述运动控制器。包括：所述触摸传感器设置在所述机器人外壳的内侧，所述触摸传感器一侧附着在所述机器人外壳的内侧，所述触摸传感器的另一侧焊接有导线，并通过该导线与所述触觉检测控制器电连接。具体的，在本实施例中，第一电容和第二电容即：任何两个导电的物体之间都存在着感应电容，一个触摸区域与大地可构成一个感应电容生成第一电容，在周围环境不变的情况下，该感应电容第一电容的值是固定不变的微小值。当有人体手指靠近触摸区域时，人体手指与大地构成的感应电容构成第二电容；第二电容并联于触摸区域与大地构成的第一电容两端，会使总感应电容值增加。电容式触摸传感器ic在检测到某个触摸区域的感应电容值发生改变后，将输出某个触摸区域被按下的确定信号。电容式触摸区域因为没有机械构造，所有的检测都是电量的微小变化，所以实现起来更加容易，不受结构限制。由于在机器人的身体上安装有多个触摸传感器，需要对每个触摸传感器对应的部位进行编号，根据触摸传感器的编号识别所处的位置，根据不同的位置，设置不同的功能信息；例如触碰左腿前进，触碰右腿后退等；具体的每个触摸传感器的功能设置的实施过程由运动控制器实现控制；触摸传感器根据应用的场景不同，以及根据机器人设置的身高、体重不同，设置成不同大小、尺寸；例如厚度为0.08mm；大小为30*40mm的铜箔作为触觉感受载体，将触摸传感器通过不干胶粘贴在机器人外壳的内壁上，即参考3所示，最上一层是机器人外壳400，下层是触摸传感器100，其中触摸传感器一面涂有不干胶，方便和机器人外壳内壁粘贴。触摸传感器100另一面焊接单芯屏蔽导线与触觉检测控制器芯片的输入端连接即可。在本发明中，触摸传感器的安装结构简单，便不会影响机器人的整体外形设计，触摸传感器根据实际使用需要在需要的部位安装；通过铜箔触摸传感器解决了压阻式电子皮肤导电材料容易发生变形，无法回弹的问题；另外，电容式触摸区域因为没有机械构造，所有的检测都是电量的微小变化，所以实现起来更加容易，不受结构限制。在以上实施例的基础上，本发明还提供了一个实施例；参考图2、图4所示；所述触觉检测控制器包括：电容触摸芯片u1，所述电容触摸芯片型号为：tty6851；电源稳压器u2，所述电源稳压器为：lm1117；所述电容触摸芯片u1设置有8个信息输入控制端为k1～k8和3个信息输出控制端为d0～d2；所述电容触摸芯片u1的每个信息输入控制端通过一个限流电阻与对应的感应信号输入端电连接；所述电容触摸芯片u1的每个信息输出控制端分别与所述运动控制模块对应电连接；所述电容触摸芯片u1的电源输入端与所述电源稳压器u2的输出端电连接；所述电源稳压器u2的输入端与电源供电端电连接。所述触觉检测控制器还包括：所述电容触摸芯片u1的信号调节端通过电容器c13与公共地端电连接；所述电容触摸芯片u1的每个信息输入控制端还通过一个调节电容与所述公共地端电连接。具体的，通过电容触摸芯片u1的信息输入控制端为k1～k8，接收触发电信号，根据应用场景不同，可以扩展多个电容触摸芯片u1；并将其与运动控制器连接；u1直接输出二进制bcd编码，触摸离开后输出状态保持到下次触摸才改变。多个触摸传感器分别为头部触摸传感器、左臂触摸传感器、右臂触摸传感器、左腋触摸传感器、右腋触摸传感器、左手触摸传感器和右手触摸传感器。各触摸传感器安装于机器人本体上的多个不同部位，即头部、两侧大臂、两侧腋下和两只手。如图5所示，椭圆区域为触摸传感器安装处。每个触摸传感器通过单芯屏蔽导线连接到触觉检测控制器的输入端，触觉检测控制器输出的信号直接连到运动控制器。在本申请中调节机器人电子皮肤的感应灵敏度，可以在触觉检测控制器的cap管脚接一电容cap来粗调电子皮肤的感应灵敏度，所述cap电容的值越大，灵敏度越高，其值范围为6.8nf～33nf。进一步的，可以在信号采集端连接一并联电容cs，用于细调电子皮肤的感应灵敏度。所述并联电容的电容量为0～5pf，电容量越低灵敏度越高，不连接并联电容时灵敏度最高。在本实施例中，不连接cs电容。由于机器人外壳根据不同的部位，设置外壳的厚度也不同，因此影响了感应灵敏度；在本申请中提供了与壳体厚度对应的电容值；参照表一所示；表一机器人外壳厚度(mm)cap值(nf)灵敏度16.83021030315304223052230103330在本发明中，触觉传感系统解决方案可根据实际使用需要在需要的部位安装触摸传感器；电子皮肤的感应灵敏度可以根据实际使用时机器人外壳厚度进行调节；本发明的感知载体厚度轻薄，可安装在各种位置，安装简单方便；尤其可以安装在机器人外壳内部，不改变机器人外观；触摸时无需挤压形变即能感知触觉。本发明还提供了一种机器人控制方法的实施例，将机器人控制方法应用在以上的实施例中，参考图6所示；包括：步骤s100获取用户输入的控制指令信息；步骤s200将获取的所述用户输入的控制指令信息进行处理；步骤s200根据处理后的所述控制指令信息控制机器人执行相应的任务。在以上实施例的基础上，本发明还提供了一个实施例，参考图6和图7所示；步骤s100中用户输入的控制指令信息包括：步骤s110获取第一电容信息和第二电容信息；所述第一电容信息包括触摸传感器的电容信息，所述第二电容信息包括用户人体的电容信息；步骤s120将所述第一电容信息和所述第二电容信息进行并联累加转换成所述用户输入的控制指令信息。所述步骤s200中包括：步骤s210对用户输入的控制指令信息进行位置识别；步骤s220将位置识别后的控制指令信息与机器人的动作模块进行匹配。在本发明中，外壳的材质和厚度也可以根据实际使用需要任意变化。再加上触摸传感器厚度、形状和面积都可以根据实际使用需要进行设计和加工，使其具有灵敏度高、轻薄、耐用等优点，可以安装在各种狭小、多变的空间里。本发明中的电子皮肤的感应灵敏度可以根据实际使用时机器人外壳厚度进行调节。在本发明中，感知载体铜箔的厚度轻薄，可安装在各种位置，安装简单方便；尤其可以安装在机器人外壳内部，不改变机器人外观；触摸时无需挤压形变即能感知触觉。在本发明中，通过感应铜箔电容和人体与大地之间电容信号，生成对机器人皮肤的触发控制指令，触发控制指令输出特性稳定、成本低、易于实现。需要说明的是，本申请中的方法应用在本申请的系统中，其执行的各步骤与本系统中各模块之间的信息交互、执行过程等内容与本发明的系统的实施例属于同一构思，具体内容可参见本发明申请实施例中的叙述，此处不再赘述。本申请中在满足本申请性能参数的情况下，可以根据使用场景的不同，以及工作量的承载信息的不同，可以适应性的更换为其他的芯片，包括51系列的单片机，pic系列，以及arm系列等。应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12