机器人控制器及其控制方法与流程

本发明涉及控制技术领域，尤其涉及机器人控制器及其控制方法。

背景技术：

随着机器人技术的不断发展，机器人的应用领域也在不断扩大，从早期工厂生产流水线上的应用逐渐拓展到工业巡检、救灾排险、环境勘探、医疗服务、家庭娱乐、军事和航天等众多领域。

对于工业巡检领域中的管道检测、超声无损探伤机器人来说，使用者通过控制器给机器人发送指令来远程控制机器人的移动和作业操作。控制器通常采用工业计算机或专门定制的控制箱，体积和重量一般较大，不方便携带，使用不够灵活。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种机器人控制器及其控制方法，用以实现机器人的灵活控制，方便携带、操作便捷。

一方面，本发明实施例提供一种机器人控制器，包括：摇杆、旋钮、显示屏、通信模块、电源模块，以及主控制器；

所述摇杆与所述主控制器连接，用于接收摇杆信号；

所述显示屏与所述主控制器连接，用于显示当前操作界面；

所述旋钮与所述主控制器连接，用于接收旋转信号，以便所述主控制器根据所述旋钮的旋转方向在当前操作界面进行预设操作；

所述通信模块与所述主控制器连接，用于与所述机器人通信；

所述主控制器用于接收所述摇杆信号和/或所述旋钮信号，并根据所述摇杆信号和/或所述旋钮信号控制所述机器人运动；

所述电源模块与所述摇杆、所述旋钮、所述显示屏、所述通信模块以及所述主控制器电气连接，用于为所述摇杆、所述旋钮、所述显示屏、所述通信模块以及所述主控制器提供电力。

进一步地，所述摇杆包括电位器摇杆，设有至少两轴模拟输出；

至少两轴所述模拟输出信号与所述主控制器连接，用于控制所述机器人前后左右运动。

进一步地，还包括：摇杆校准模块，用于记录并存储所述摇杆处于自由状态下的原始位置信息，以便所述主控制器利用所述原始位置信息进行位置校准。

进一步地，所述摇杆设有数模转换模块；所述数模转换模块用于将至少两轴所述模拟输出信号转换为数字输出信号，所述数模转换模块的输出端与所述的主控制器连接。

进一步地，还包括：外壳，所述外壳包括上壳体、下壳体；

所述摇杆、所述旋钮、所述显示屏、所述通信模块、所述电源模块，以及主控制器与所述下壳体固定连接；

所述上壳体通过连接件与所述下壳体可拆卸连接。

进一步地，所述旋钮包括旋转编码器；

所述旋转编码器具有两相脉冲数字信号输出；

当所述主控制器接收到所述旋转编码器输出的两相脉冲数字信号后，根据两相脉冲数字信号的相位判断所述旋转编码器的旋转方向，在当前操作界面进行向上或向下的功能选择操作或进行数值大小的调节操作。

进一步地，所述旋钮设有开关按钮，当按压所述旋钮时，所述开关按钮输出数字信号进行信息确认。

进一步地，所述通信模块为串行通信模块；

所述串行通信模块与所述主控制器之间通过spi接口传输信息。

进一步地，所述显示屏为触摸显示屏；

所述触摸显示屏还用于接收触控信号。

另一方面，本发明实施例提供一种机器人控制方法，应用于上述任一种机器人控制器，包括：

接收所述摇杆、所述旋钮的操作指令；

根据所述操作指令控制所述机器人运动。

本发明实施例提供的一种机器人控制器及其控制方法，用以实现机器人的灵活控制，方便携带、操作便捷，通过摇杆控制机器人的运动，而使用旋钮在操作界面进行功能的选择，能够有效地对机器人进行控制，实现了机器人的灵活控制，方便携带、操作便捷。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

图1为本发明实施例提供的一种机器人控制器的组成结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种机器人控制器的组成结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种机器人控制方法的流程图。

附图标记：

摇杆101、旋钮102、显示屏103、通信模块104、电源模块105，主控制器106、上壳体107、下壳体108、数据线109。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图2描述本发明实施例的一种机器人控制器。图1为本发明实施例提供的一种机器人控制器的组成结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种机器人控制器的组成结构示意图。

在本发明一种具体实施方式中，本发明实施例提供一种机器人控制器100，包括：摇杆101、旋钮102、显示屏103、通信模块104、电源模块105，以及主控制器106；所述摇杆101与所述主控制器106连接，用于接收摇杆101信号以便所述主控制器106控制机器人运动；所述显示屏103与所述主控制器106连接，用于显示当前操作界面；所述旋钮102与所述主控制器106连接，用于接收旋转信号，以便所述主控制器106根据所述旋钮102的旋转方向在当前操作界面进行预设操作；所述通信模块104与所述主控制器106连接，用于与所述机器人通信；所述主控制器106用于接收所述摇杆信号、所述旋钮信号，并根据所述摇杆信号和/或所述旋钮信号控制所述机器人运动；所述电源模块105与所述摇杆101、所述旋钮102、所述显示屏103、所述通信模块104以及所述主控制器106电气连接，用于为所述摇杆101、所述旋钮102、所述显示屏103、所述通信模块104以及所述主控制器106提供电力。

本实施例提供的机器人控制器100的硬件系统由外壳，内部电子元器件，用于操控的输入设备，例如摇杆101、旋钮102，显示屏103，例如显示屏103/触摸屏，及电气接口，通信接口等部分组成。若采用触摸屏作为显示屏103，则也可在触摸屏上进行信息的输入。

下面具体对摇杆101进行阐述，摇杆101可以具体使用电位器摇杆101，设有至少两轴模拟输出信号；至少两轴所述模拟输出信号输出到所述主控制器106，用于控制所述机器人前后左右运动。具体地，摇杆101产生的信号可以控制机器人的运动方向，且至少可以控制两个自由度，即控制机器人的前进后退和左右旋转，从而可以即实现机器人在平面上的自由移动。当然，摇杆101也可以控制其他的可移动部件，例如摇杆101也可用于控制机器人上的观察设备或检测设备的运动，如控制管道检测机器人上摄像头的观察角度或超声无损探伤机器人上超声探头的移动。

更具体地，当摇杆101采用电位器形式时，如果具有2轴模拟输出信号，则输出电压与摇杆101角度呈线性比例关系。可将摇杆101模块的模拟量输出连接到主控制器106的模数转换(ad转换)引脚上，根据量化关系读出摇杆101位置。也可在摇杆101模块上添加微处理器(mcu)，预先进行ad转换，对数据进行滤波处理降低噪声后通过微处理器与主控制器106之间的串行通信总线(如i2c总线，i2c总线是一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息)传输摇杆101位置的数字信息。这样降低了主控制器106的工作负荷，同时提高了信号传输质量和摇杆101位置反馈精度。

由于摇杆101在使用一段时间后，容易产生漂移情况，导致位置精度下降。因此，可以设置摇杆101校准模块，用于记录并存储所述摇杆101处于自由状态下的原始位置信息，以便所述主控制器106利用所述原始位置信息进行位置校准。具体地，可以在主控制器106中设置摇杆101校准模块，记录并存储摇杆101处于自由状态的中间位置时的数值，后续用采集到的原始数据减去该偏移值消除位置误差，提高摇杆101的定位精度。

当然，由于摇杆101产生的信号为模拟信号，而主控制器106需要的信号为数字信号，因此，可以在摇杆101上设置数模转换模块；所述数模转换模块用于将至少两轴所述模拟输出信号转换为数字输出信号，所述数模转换模块的输出端与所述的主控制器106连接。当然，也可以直接使用主控制器106的模数转换模块进行模拟信号和数字信号的转换。

如图2所示，该机器人控制器100还可以设置外壳，可以方便使用者手持，具体地，控制器的外壳包括上下两部分，上壳体107、下壳体108，可通过3d打印或注塑成型等方式制造，上下两个外壳可通过螺纹连接固定在一起，外壳的分体式设计方便了后期控制器的检修。摇杆101模块及旋钮102模块通过螺纹连接安装在控制器的外壳下部。也就是说外壳包括上壳体107、下壳体108；所述摇杆101、所述旋钮102、所述显示屏103、所述通信模块104、所述电源模块105，以及主控制器106与所述下壳体108固定连接；所述上壳体107通过连接件与所述下壳体108可拆卸连接。控制器进行维修时仅需松开其上下外壳间的螺丝，即可方便地将外壳上部拆卸下来进行检修。

值得说明的是，对于某些环境相对恶劣的工业现场，使用触摸屏进行信息输入和人机交互可能存在问题，比如使用者手上的油污或其它液体的存在会对触摸操作精度和可靠性造成影响，而且如果使用工业劳保手套进行操作也不够方便，因此在控制器上添加旋钮102模块用于人机交互。可通过旋钮102选择程序界面中不同的操作页面和功能旋钮，以及调整输入数值大小。

具体地，对于旋钮102可以使用旋转编码器；所述旋转编码器具有两相脉冲数字信号输出；当所述主控制器106接收到所述旋转编码器输出的两相脉冲数字信号后，根据两相脉冲数字信号的相位判断所述旋转编码器的旋转方向，在当前操作界面进行向上或向下的功能选择操作或进行数值大小的调节操作。在旋钮102还可以设有开关按钮，当按压所述旋钮102时，所述开关按钮输出数字信号进行信息确认。

采用旋转编码器作为旋钮102模块的信息生成部件，可直接输出脉冲数字信号，同时旋钮102模块还具备开关按钮功能，即可输出0或1的数字信号用来进行信息确认。旋钮102上的旋转编码器可输出ab两相脉冲数字信号，按主控制器106接收到的脉冲信号的相位不同(如abab…或baba…)从而可判断出编码器旋转方向。旋钮102模块上的两路脉冲信号和一路按钮开关信号通过导线连接至主控制器106的数字io引脚上，进行读取。

对应不同的按钮旋转方向，主控制器106程序中可对应实施不同的操作。如逆时针转动旋钮102，则在机器人控制程序界面内依次向上选择不同的操作按钮，反之则向下选择。选择好了之后可按下按钮模块确认选择，进入相关操作页面。即选择好后触发旋钮102上的开关信号，确认操作。

在某些使用场景下，需要在控制界面中输入具体的数值参数，如机器人运动速速、运动距离等数值量。可通过旋钮102来设置数值参数的大小，例如选中数值输入框后逆时针转动旋钮102增大数值，顺时针转动旋钮102减小数值，按下开关后确认数值。

主控制器106作为控制系统的中枢，实现外部设备输入信息读取与处理，内部逻辑控制，以及将图形操作界面输出显示在显示屏103上。

显示屏103可通过hdmi或spi等通信接口与主控制器106相连传输视频信号。显示屏103若采用触摸屏，也可通过其与主控制器106之间的usb接口传输触摸信号。

主控制器106通常工作电压为5v或3.3v，控制器内部可以设有电源模块105将外部输入的电源电压转换为适合主控制器106工作的电压。当然，也可以使用外部电源转换合适的电压供给主控制器106。

考虑到主控制器106与机器人之间远距离通信的速率和可靠性要求，以及组网需要，可采用外部通信模块104进行机器人控制信息的收发，如采用can/rs485等串行通信模块104。串行通信模块104与主控制器106之间通过spi等外设接口进行通信。即主控制器106上的控制信号通过spi接口传送到串行通信模块104上，转换为can信号或rs485等信号通过数据线109发送给机器人。同时机器人传回的各种反馈信息也可通过串行通信模块104进行接收，主控制器106接收到反馈信号后进行相应处理。

为了实现机器人与控制器的通信，可以将通信模块104设置为串行通信模块104；所述串行通信模块104与所述主控制器106之间通过spi接口传输信息。显示屏103可以设置为触摸显示屏103；所述触摸显示屏103还可以用于接收触控信号，从而可以更加方便地进行机器人的控制输入。

主控制器106的电气接口设置在外壳下部，可采用雷莫接头或其它插接件，方便电缆的连接，电缆中包含控制器的供电线以及串行通信线。使用时将电缆插接与机器人和控制器之间，控制器上电后自启动运行控制程序，显示控制界面。通过串行通信线缆与机器人或多个机器人网络进行通信。

下面对本发明实施例提供的机器人控制方法进行描述，下文描述的一种机器人控制方法与上文描述的一种机器人控制器100可相互对应参照。

请参考图3，图3为本发明实施例提供的一种机器人控制方法的流程图。

在本发明又一实施例中，本发明实施例提供一种机器人控制方法，应用于上述任一种实施例中的机器人控制器1，包括：

步骤s31：接收所述摇杆信号和/或所述旋钮信号；

步骤s32：根据所述摇杆信号和/或所述旋钮信号控制所述机器人运动。

本发明实施例提供的一种机器人控制器及其控制方法，用以实现机器人的灵活控制，方便携带、操作便捷，通过摇杆控制机器人的运动，而使用旋钮在操作界面进行功能的选择，能够有效地对机器人进行控制，实现了机器人的灵活控制，方便携带、操作便捷。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。