一种机器人手臂姿态映射控制装置的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种机器人手臂姿态映射控制装置。

背景技术：

由于家务劳动的复杂性，家庭服务机器人的运动控制问题一直是制约其广泛使用的主要难题。现有的家庭服务机器人还只能实现交流陪伴、儿童教育、通信及监控、智能家电控制等软件功能，很难做到端水拿书类似的实际动作，这主要是目前机器人手臂控制方法不成熟。目前家庭服务机器人手臂动作控制方法主要有固定模式控制、遥控器控制和肌电信号控制，固定模式控制只能实现简单固定动作并不实用；遥控器控制操作复杂不符合人体手臂运动规律，不能方便快速的反应控制者动作意图；肌电信号控制是要从人体手臂肌电信号中提取出手臂运动意图进而实现对机器人关节进行控制，但该方法由于肌电信号的不稳定和提取分析困难而没有实现具体应用。为了解决家庭服务机器人手臂难以根据操作者意图进行有效控制的问题，本实用新型提供了一种机器人手臂姿态映射控制装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种机器人手臂姿态映射控制装置，用以解决现有家庭服务机器人手臂难以根据操作者意图进行有效控制的问题。

为实现上述目的，本实用新型公开了一种机器人手臂姿态映射控制装置，所述机器人手臂姿态映射控制装置包括信息采集器，所述信息采集器包括：姿态传感器、串口拓展芯片、信息采集单片机和第一WIFI模块；所述姿态传感器有第一至第五姿态传感器，所述第一至第五姿态传感器分别穿戴在食指、拇指、手掌背面、小臂和大臂上，所述第一至第五姿态传感器与串口拓展芯片相连；所述串口拓展芯片和第一WIFI模块由串口连接线连接至信息采集单片机。

本实用新型公开了一种机器人手臂姿态映射控制装置如权利要求1所述的一种机器人手臂姿态映射控制装置，其特征在于，所述串口拓展芯片、信息采集单片机和第一WIFI模块均固定在人体大臂上。

本实用新型公开了一种机器人手臂姿态映射控制装置，所述第一姿态传感器为检测食指姿态角的姿态传感器，第二姿态传感器为检测拇指姿态角的姿态传感器，第三姿态传感器为检测手掌背面姿态角的姿态传感器，第四姿态传感器为检测小臂姿态角的姿态传感器，第五姿态传感器为检测大臂姿态角的姿态传感器。

本实用新型公开了一种机器人手臂姿态映射控制装置，所述信息采集单片机包括角度解算模块，所述角度解算模块能根据第一姿态传感器和第二姿态传感器接收到的角度信息解算出拇指和食指之间的夹角θ₁，据第二姿态传感器和第三姿态传感器接收到的角度信息解算出腕关节角θ₂，据第三姿态传感器和第四姿态传感器接收到的角度信息解算出肘关节角θ₃，根据第五姿态传感器直接测出人体矢状面内大臂相对于重力方向的运动角θ₄。

本实用新型公开了一种机器人手臂姿态映射控制装置，所述串口拓展芯片包括六个串口，串口拓展芯片的左侧有五个串口分别与第一至第五姿态传感器相连，串口拓展芯片的右侧有一个串口与信息采集单片机相连。

本实用新型公开了一种机器人手臂姿态映射控制装置，所述微型电机包括机械抓手开合控制电机、腕关节控制电机、肘关节控制电机和肩关节控制电机，所述机械抓手开合控制电机、腕关节控制电机、肘关节控制电机和肩关节控制电机分别与机器人手臂的机械抓手、腕关节、肘关节和肩关节相连。

本实用新型公开了一种机器人手臂姿态映射控制装置，所述一种机器人手臂姿态映射控制装置还包括机器人手臂控制器，机器人手臂控制器包括第二WIFI模块、运动控制单片机和电机驱动电路；所述运动控制单片机和第二WIFI模块通过串口连接线相连接，所述运动控制单片机和电机驱动电路相连，所述电机驱动电路与控制机器人手臂运动的微型电机连接。

本实用新型公开了一种机器人手臂姿态映射控制装置，所述机械抓手为两指机械抓手。

本实用新型公开了一种机器人手臂姿态映射控制装置，所述电机驱动电路包括机械抓手开合控制电路、腕关节控制电路、肘关节控制电路和肩关节控制电路，所述机械抓手开合控制电路、腕关节控制电路、肘关节控制电路和肩关节控制电路分别与机械抓手开合控制电机、腕关节控制电机、肘关节控制电机和肩关节控制电机相连。

本实用新型公开了一种机器人手臂姿态映射控制装置，所述机器人手臂控制器的第二WIFI模块与信息采集器的第一WIFI模块配对，所述机器人手臂控制器的信息采集单片机和所述信息采集器的运动控制单片机的处理器均为基于ARM的处理器，所述运动控制单片机包括PWM运动控制模块。

本实用新型方法具有如下优点：

一种机器人手臂控制姿态映射装置可以使操作者通过自身手臂运动实现对机器人手臂动作的随意控制；操作控制方法简单自然且可以快速的表达操作者运动意图；姿态控制信号稳定抗干扰能力强；对家庭服务机器人劳动能力的提升和家庭服务机器人的推广应用，以及减少人在家庭生活中的劳动量，都具有重要意义。

附图说明

图1为机器人手臂姿态映射控制装置硬件连接图。

图2为信息采集器中各部件在人体手臂上的分布图。

图3为机器人手臂示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

参考图1，一种机器人手臂姿态映射控制装置包括信息采集器、机器人手臂控制器和机器人手臂，所述信息采集器包括：姿态传感器、串口拓展芯片12、信息采集单片机13和第一WIFI模块；所述机器人手臂控制器包括：第二WIFI模块16、运动控制单片机17和电机驱动电路18；所述姿态传感器包括第一姿态传感器1、第二姿态传感器2、第三姿态传感器3、第四姿态传感器4和第五姿态传感器5；所述姿态传感器通过第一串口连接线19与串口拓展芯片12相连；所述串口连接芯片12通过第二串口连接线20与信息采集单片机13相连；所述信息采集单片机13通过第三串口连接线21与第一WIFI模块相连；所述第二WIFI模块通过第四串口连接线22与运动控制单片机17相连。

参考图2，所述第一姿态传感器1、第二姿态传感器2、第三姿态传感器3、第四姿态传感器4和第五姿态传感器5，分别固定在图2人体手臂相对应的食指、拇指、手掌背面、小臂和大臂处，所述串口拓展芯片12、信息采集单片机13和第一WIFI模块均固定在图3机械手臂的标号6处。

参考图3，所述机械手臂有一个机械抓手8、机械腕关节9、机械肘关节10和机械肩关节11，分别对应人体的拇指2与食指1、腕关节3、肘关节4和肩关节5。

所述电机驱动电路包括机械抓手开合控制电路、腕关节控制电路、肘关节控制电路和肩关节控制电路，所述机械抓手开合控制电路、腕关节控制电路、肘关节控制电路和肩关节控制电路分别与控制机械抓手的机械抓手开合控制电机、腕关节控制电机、肘关节控制电机和肩关节控制电机相连。

所述机器人手臂控制器的第二WIFI模块与信息采集器的第一WIFI模块配对，所述机器人手臂控制器的信息采集单片机和所述信息采集器的运动控制单片机的处理器均为基于ARM的处理器，所述运动控制单片机包括PWM运动控制模块。

所述机器人手臂姿态映射控制装置的控制方法包括：操作人将信息采集器穿戴在手臂对应位置，根据自身意愿做出相应动作；第一至第五姿态传感器会采集到食指、拇指、手掌背面、小臂和大臂对应的姿态信息，并将这些姿态信息通过串口拓展芯片传输给信息采集单片机；信息采集单片机根据第一姿态传感器和第二姿态传感器接收到的角度信息解算出拇指和食指之间的夹角θ₁，根据第二姿态传感器和第三姿态传感器接收到的角度信息解算出腕关节角θ₂，根据第三姿态传感器和第四姿态传感器接收到的角度信息解算出肘关节角θ₃，根据第五姿态传感器直接测出人体矢状面内大臂相对于重力方向的运动角θ₄，信息采集单片机再通过串口连接线将θ₁至θ₄传输给第一WIFI模块；第一WIFI模块和第二WIFI模块进行配对后，θ₁至θ₄的角度信息被传输至第二WIFI模块，再由第二WIFI模块将角度信息传输至运动控制单片机；运动控制单片机给电机驱动电路发出控制指令，驱动微型电机动作，最终控制机械手臂的机械抓手8、机械腕关节9、机械肘关节10和机械肩关节11做出和人体手臂相同的动作。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。