一种基于姿态传感器的机械手臂的制作方法

本发明涉及一种基于姿态传感器的机械手臂，更具体说是涉及一种运用无线通信、姿态传感器、嵌入式控制技术措施实现的机械手臂。

背景技术：

当前正处于机器换人产业转型热潮中，机器人应用越来越广泛。

在工厂生产流水线总装车间应用的自动化装备及机器人，采取了定制模式应用，即针对一条流水线一类产品总装车间特点，专门定制开发一套自动化装备及固定安装确定功能机器人。

然而，在家庭应用情景如图1所示的实战型象棋机器人，在场馆应用情景如图2所示的实战型羽毛球机器人，是机器人应用又一类情景；场馆家庭应用情景机械人最大特点是需要不断迭代升级，如实战型象棋机器人战胜业余老人棋手比较容易，但战胜专业老人棋手则非常缓慢，又如实战型羽毛球机器人从起步技能到战胜省级专业羽毛球运动员，都需要一个缓慢迭代升级过程。

实战型象棋机器人其机械手臂只问结果不关驱动过程，重要关注从棋盘哪个位置拿取象棋及将象棋放回棋盘哪个位置，而从棋盘上拿取象棋至把象棋再放回棋盘上这个动作细节过程则不重要。

如图2所示的实战型羽毛球机器人自对方发球或我方发球，双方来来回回击球，直至羽毛球落地，依羽毛球规则判定一方得一分。在这一分球过程中实战型羽毛球机器人机械强手臂必须不间断地动作，这些动作包括发球、低位挑球、平位推球、高位杀球、高位吊球、高位远球、网前搓球等。非直接身体对抗球类运动如实战型羽毛球机器人、如实战型乒乓球机器人、如实战型网球机器人，球场一边是教练员运动员球场另一边是实战型机器人，对抗比拼都是以一分球输赢为依据。在这一分球过程中实战型机器人机械强手臂必须不间断地动作，这些动作包括羽毛球运动、乒乓球运动、网球运动所有类型动作技战术。

需要不断迭代升级的产品可选择共享分享研制模式，组织单位发布迭代标号规定指标参数，研制单位经过研究开发内测后上传迭代版本，测试单位教练员运动员与实战型羽毛球机器人对抗比赛后给出评估结论，组织单位汇总各测试单位评估结论最终确认研制单位迭代版本是否具备发布权，组织单位还须将实战型机器人分至研制单位测试单位。

迭代升级产品共享分享研制模式重要基础是分布在全国区县测试单位所上传的评估结论。组织单位确认测试单位上传评估结论真实有效是整个流程的关键核心。为此组织单位不仅要得到测试单位上传的评估结论，组织单位也需要知晓教练员运动员与实战型羽毛球机器人对抗比赛过程中，实战型羽毛球机器人具体动作表现。

运动手环记录心率、距离、散步跑步步数，运动手环选择蓝牙通讯与手机app连接，运动手环低功耗运转由随带锂电池供电；运动手环是戴在人手腕上。运动手环技术在跟踪运动过程具有一定合理性，但运动手环依人手腕佩戴设计，在智能手机app上观看结果，但实战型机器人机械强手臂是装备，是由多关节组成的,包括第一关节、第二关节、第三关节及末端关节；各关节动作都将带动末端关节移动从而带动末端夹握的羽毛球拍子在空间挥舞。

实战型机器人选择共享分享研制模式后，组织单位收到测试单位上传的评估结论，组织单位如何独立于研制单位独立于测试单位，还能知晓该对抗比赛过程中实战型机器人具体动作统计数据，是非直接身体对抗球类实战型机器人迭代升级循环推进过程中目前迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明涉及一种基于姿态传感器的机械手臂，更具体说是涉及一种运用无线通信、姿态传感器、嵌入式控制技术措施实现的机械手臂。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种基于姿态传感器的机械手臂,它包括

实战型机器人，由控制主机、全向移动车底、电源模块、双目视觉、单目视觉、机械强手臂、腰间小手臂、末端夹握球拍组成；

云服务器系统，由数据库表单及监控调度模块组成，管理实战型机器人迭代升级、测试、授权；

它还包括姿态模块；

所述姿态模块包括姿态传感器、4g模块、wifi模块、主控制器、电源接口、按键指示灯；

所述姿态传感器生成输出三个角速度及三轴加速度；

所述姿态模块固定安装在所述机械强手臂末端；

所述主控制器为嵌入式控制器，配置嵌入操作系统支持tcp\ip通讯；

所述主控制器通过spi端口与姿态传感器连接；

所述主控制器通过串行接口与4g模块及wifi模块连接；

所述主控制器配置为执行如下操作：

按照100ms间隔采集姿态传感器数据；

缓冲存储一分球过程发球接球实时数据；

在停顿阶段，上传一分球过程发球接球实时数据块至所述云服务器系统。

作为优选，所述停顿阶段判断规则是：以100ms为采样点间隔，连续30个以上采样点所述姿态传感器三轴加速度幅值同时小于0.5m/s2。

作为优选，所述一分球过程发球接球实时数据块组成为：起始时间、从起始时间至终止时间每间隔100ms各依次排列的姿态数据、终止时间。

作为优选，所述按键指示灯为上电按键、运行闪亮灯、电源指示灯。

作为优选，所述电源接口经上电按键与所述实战机器人电源模块连接。

作为优选，所述运行闪亮灯停止闪亮时，人工手动先按动上电按键使得姿态模块失电从而电源指示灯灭、再人工手动按动上电按键使得姿态模块得电从而电源指示灯亮。

本发明具有的优点和积极效果是：非直接身体对抗球类实战型机器人采取共享分享模式开展迭代升级，通过机械强手臂末端固定安装姿态模块，组织单位独立于研制单位独立于测试单位，采集到实战型机器人运动动作姿态实时数据。拥有运动动作姿态实时数据后可继续分析得到具体动作统计数据，组织单位从而确认测试单位上传评估结论是否真实有效，保障实战型机器人迭代升级共享分享模式有序运转。

附图说明

图1为实战型象棋机器人与老人对弈示意图

图2为实战型机器人与运动员实战对抗示意图

图3为实战型机器人组成示意图

图4为姿态模块固定机械手臂末端示意图

图5为实战型机器人云服务器系统组成示意图

图6为姿态模块组成示意图

图中：100-云服务器系统、200-组成单位、300-测试单位、400-实战型机器人、6-全向移动车底、7-控制主机、8-双单目视觉、9-机械强手臂、10-羽毛球拍、12-腰间小手臂、11-姿态模块、13-第一关节、14-第二关节、15-第三关节、16-末端关节、23-姿态传感器、24-4g模块、25-wifi模块、26-主控制器、27-电源接口、28-按键指示灯。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更充分描述本发明实施例，专门给本发明涉及的名称概念进行定义与解释。

一分球过程指起自对方发球或我方发球，双方来来回回击球，直至羽毛球落地，依羽毛球规则判定一方得一分的过程。一分球过程与一分球过程之间有明显停顿，而一分球过程内必须连续击球即实战型机器人机械强手臂必须不间断地动作。

请参阅图1-图6，一种基于姿态传感器的机械手臂，是在如图4所示的实战型机器人云服务器系统中实现，该云服务器系统由三部分组成。

第一部分是云服务器系统，包括数据库及监控调度模块。

第二部分是实战型机器人，如图3所示，由全向移动车底、控制主机、双单目视觉、机械强手臂、腰间小手臂、末端夹握羽毛球拍、电源模块组成。

第三层部分是组织单位、测试单位。

组织单位将实战型机器人分发至分布国内外研制单位、全国县区测试单位。

如图3所示，实战型机器人控制主机7通过双目视觉8采集羽毛球目标视差实时数据形成实时运动轨迹曲线，实战型机器人控制主机通过全向移动车底6麦克纳姆车轮在球场奔跑行走移动，实战型机器人控制主机通过控制机械强手臂9各关节运动实现击打羽毛球效果，实战型机器人控制主机通过其wifi及4g无线通讯端口与云服务器系统连接。

如图4所示，组织单位200发布迭代标号规定指标参数，研制单位经过研究开发内测试后上传迭代版本，测试单位400教练员运动员与实战型机器人对抗比赛后给出评估结论，组织单位汇总各测试单位评估结论。

组织单位也需要知晓教练员运动员与实战型机器人对抗比赛过程中，实战型机器人具体动作统计数据。

如图5所示，实战型机器人机械强手臂包括第一关节13、第二关节14、第三关节15及末端关节16；机械强手臂各关节动作范围角度不一，各关节独立动作如第三关节15从-30度旋转到45度完成低位挑球动作，及各关节之间并行动作如第三关节15从0度旋转到15度、第一关节13从-90度旋转到45度完成平位挡球动作。各关节动作都将带动末端关节移动运动从而带动末端夹握的羽毛球拍子在空间挥舞，能跟踪末端关节移动等同于跟踪羽毛球拍子击球动作。

为此，在实战型机器人机械强手臂末端固定姿态模块。

如图6所示，姿态模块包括姿态传感器23、4g模块24、wifi模块25、主控制器26、电源接口27、按键指示灯28。

姿态传感器23采集生成输出三个角速度及三轴加速度；

主控制器26为嵌入式控制器，配置嵌入操作系统支持tcp\ip通讯；

主控制器26通过spi端口与姿态传感器23连接；

姿态模块电源接口27与所述实战机器人电源模块连接，由实战机器人电源模块向姿态传感器、主控制器、4g模块、wifi模块、按键指示灯提供5vdc及12vdc电源。

按键指示灯28包括上电按键、运行闪亮灯、电源指示灯；

实战机器人电源模块5vdc正极及12vdc电源正极两条线经上电按键后与姿态模块电源接口连接；

上电按键为保持型按键，按下按键长期保持一状态，再按下按键则长期保持另一状态，循环往复。

电源指示灯与姿态传感器模块电源接口5vdc连接，而运行闪亮灯与主控制器输出回路连接，该输出回路由主控制器按照1s间隔置高低电平由此形成电源指示灯循环亮灭闪变效果。

当运行闪亮灯停止闪亮时，人工手动先按动上电键使得姿态模块失电从而电源指示灯灭、再人工手动按动上电键使得姿态模块得电从而电源指示灯亮。

主控制器通过串行接口与4g模块及wifi模块连接；从而实现主控制器26独立于实战型机器人200独自与云服务器系统100连接。

主控制器26选择采样间隔为100ms，在采样时刻主控制器26通过spi接口接受来自姿态传感器23的三个角速度及三轴加速度数据。

主控制器26在采样间隔之间，首先是判断三轴加速度，如果连续30个以上采样点三轴加速度幅值同时小于0.5m/s2，则主控制器26认定实战型机器人处于停顿阶段。

停顿阶段出现在一分球过程与一分球过程之间，停顿阶段还出现在实战型机器人从球场退出对抗比赛。

当主控制器26认定实战型机器人进入一分球过程时，执行如下步骤：

第一步：确认精确到ms的当前时钟为开始时间；

第二步：每采集时刻采集三个角速度及三轴加速度后，存储到发送缓冲数据区，

每次采样所形成的三个角速度及三轴加速度规定为一组数据；

并判断采样点三轴加速度幅值是否同时小于0.5m/s2，如果是，则给予一分球过程结束标志加1；

如果出现采样点三轴加速度幅值有一个超出0.5m/s2，则清除一分球过程结束标志即让一分球过程结束标志归零；

第三步：当一分球过程结束标志大于等于30时，删除发送缓冲数据区最新30组数据，将此时时钟减去3s后记为终止时间；

第四步：主控制器26将发送缓冲数据区内起始时间、从起始时间至终止时间每间隔100ms的各依次排列的姿态数据、终止时间组成报文包，发送至云服务器系统100。

综上所述，可归纳主控制器完成了如下功能操作：按照100毫秒间隔采集姿态传感器数据；缓冲存储一分球过程发球接球实时数据；在停顿阶段，上传一分球过程发球接球实时数据块至云服务器系统。

本发明一种基于姿态传感器的机械手臂，将姿态模块固定在实战型机器人机械强手臂末端，采集实战型机器人运动动作姿态实时数据，为在服务器系统继续分析统计实战型机器人动作提供基础。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启发下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出许多形式，这些均属于本发明保护范围之内。