一种机器人主从控制臂及其控制系统的制作方法

1.本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种机器人主从控制臂及其控制系统。


背景技术：

2.随着科技的进步以及生产力的快速发展，工业机器人已经在多个领域得到了广泛的运用。
3.其中，机器人主从控制臂是工业机器人的一种，其在远程控制领域已经得到了广泛的应用。因其用于适应人类难以承受的高温、高压、强辐射以及缺氧等极限环境，从而用于有效的代替人类完成高难度的工作任务，以提升工作效率。
4.然而，现有的机器人主从控制臂的结构较为复杂，不利于大范围的推广与使用。


技术实现要素：

5.基于此，本发明的目的是提供一种机器人主从控制臂及其控制系统，以解决现有技术的机器人主从控制臂的结构较为复杂的问题。
6.一种机器人主从控制臂，包括主动控制臂和从动控制臂，所述主动控制臂包括设于首端的摇杆、设于尾端的第一底座以及连接所述摇杆和所述第一底座并用于采集所述摇杆的控制信号的第一传动组件，所述从动控制臂包括设于首端的执行器、设于尾端的第二底座以及连接所述执行器和所述第二底座并用于带动所述执行器多轴移动的第二传动组件，所述第一底座与所述第二底座用于建立无线或者有线的通讯连接。
7.本发明的有益效果是：通过在主动控制臂上设置摇杆、底座以及连接两者的第一传动组件，在从动控制臂上设置执行器、第二底座以及连接两者的第二传动组件，使用时，通过第一底座以及第二底座就能够建立主动控制臂与从动控制臂的通信连接，只需通过移动和控制摇杆就能够对应控制从动控制臂执行对应的动作，并且第二传动组件能够带动执行器进行多轴移动，从而能够使从动控制臂执行难度较高的动作，进而能够完成难度较高的任务。本技术提供的机器人主从控制臂，只需通过摇杆就能够完成对执行器的多方位控制，操作简单方便，同时能够完成复杂的执行动作，有利于大范围的推广与使用。
8.优选的，所述第一传动组件包括若干间隔设置的随动电机以及支撑臂，位于所述第一传动组件首端的所述随动电机设于所述支撑臂的端部并连接所述摇杆，位于所述第一传动组件尾端的所述支撑臂与所述第一底座活动连接。
9.优选的，所述第二传动组件包括若干驱动电机以及若干关节，所述驱动电机设于所述关节的端部，并分别连接所述执行器以及所述第二底座。
10.优选的，所述主动控制臂还包括报警器，所述报警器设于所述第一底座上。
11.优选的，所述主动控制臂还包括指示灯，所述指示灯设于所述第一底座以及所述摇杆上。
12.优选的，所述摇杆上设有用于控制所述从动控制臂运动的若干按键。
13.优选的，所述执行器内设有压力传感器。
14.本发明的另一个目的在于提出一种机器人主从控制臂的控制系统，该系统包括上面所述的机器人主从控制臂，以及；
15.摇杆采集器，设于所述摇杆与所述随动电机的连接处，用于采集所述摇杆发出的第一控制信号；
16.主臂采集器，设于所述第一底座内，用于同时接收所述第一控制信号以及所述随动电机采集的第二控制信号，并将所述第一控制信号和所述第二控制信号打包发送至所述从动控制臂，且接收所述从动控制臂的反馈信号。
17.其中，上述机器人主从控制臂的控制系统中，所述摇杆采集器包括：
18.第一mcu，用于采集所述摇杆输入的第一控制信号，并将所述第一控制信号转换成协议信号；
19.第一指示灯，与所述第一mcu的io管脚连接；
20.第一电源接口，与所述第一mcu电性连接，用于向所述第一mcu输入电源；
21.第一输出端口，与所述第一mcu电性连接，用于将所述协议信号传输至所述主臂采集器。
22.其中，上述机器人主从控制臂的控制系统中，所述主臂采集器包括：
23.第二mcu，用于接收所述第一控制信号以及所述随动电机采集的第二控制信号，并将所述第一控制信号和所述第二控制信号打包；
24.第二指示灯，与所述第二mcu的io管脚连接；
25.蜂鸣器，与所述第二mcu的io管脚连接；
26.功能按键，与所述第二mcu的io管脚连接；
27.第二电源接口，与所述第二mcu电性连接，用于向所述第二mcu输入电源；
28.网络模块，与所述第二mcu电性连接，所述网络模块包括有线网络单元以及无线网络单元；
29.第二输出端口，与所述第二mcu电性连接，用于将所述第二mcu打包后的所述第一控制信号以及所述第二控制信号发送至所述从动控制臂，且接收所述从动控制臂的反馈信号。
30.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
31.图1为本发明第一实施例提供的机器人主从控制臂的结构示意图；
32.图2为本发明第一实施例提供的机器人主从控制臂中的主动控制臂的结构示意图；
33.图3为本发明第一实施例提供的机器人主从控制臂中的从动控制臂的结构示意图；
34.图4为本发明第二实施例提供的机器人主从控制臂的控制系统的结构框图；
35.图5为本发明第二实施例提供的机器人主从控制臂的控制系统中的主臂采集器的结构示意图；
36.图6为本发明第二实施例提供的机器人主从控制臂的控制系统中的摇杆采集器的结构示意图；
37.图7为本发明第二实施例提供的机器人主从控制臂的控制系统中的反馈信息流程图。
38.主要元件符号说明：
39.主动控制臂10从动控制臂20摇杆11第一底座12第一传动组件13执行器21第二底座22第二传动组件23随动电机131支撑臂132驱动电机231关节232
40.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
41.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
42.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
43.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
44.请参阅图1至图3，所示为本发明第一实施例提供的机器人主从控制臂，主要包括：主动控制臂10以及从动控制臂20。
45.具体的：该机器人主从控制臂包括主动控制臂10和从动控制臂20，其中，主动控制臂10包括设于首端的摇杆11、设于尾端的第一底座12以及连接摇杆11和第一底座12并用于采集摇杆11的控制信号的第一传动组件13，从动控制臂20包括设于首端的执行器21、设于尾端的第二底座22以及连接执行器21和第二底座22并用于带动执行器21多轴移动的第二传动组件23，安装时，第一底座12与第二底座22用于建立无线或者有线的通讯连接。
46.在本实施例中，如图1至图3所示，需要说明的是，为了便于实施同时简化主动控制臂10的结构，第一传动组件13包括若干间隔设置的随动电机131以及支撑臂132，具体的，如图2所示，在本实施例中，随动电机131设置为两个，支撑臂132也设置为两个，其中，随动电机131具有高精度的特性，且在使用的过程中，随动电机131能够驱动支撑臂132随动并且还能够实时采集到每个支撑臂132的角度信息，从而能够获取到人体手臂的姿态数据。另外，支撑臂132主要起到支撑与连接随动电机131的作用。在本实施例中，需要说明的是，安装时，如图2所示，位于第一传动组件13首端的随动电机131设于支撑臂132的端部并连接摇杆
11，位于第一传动组件13尾端的支撑臂132与第一底座12活动连接，从而能够通过第一传动组件13将摇杆11与第一底座12活动连接在一起。
47.在本实施例中，如图1和图3所示，需要说明的是，为了便于实施同时简化从动控制臂的结构，第二传动组件23包括若干驱动电机231以及若干关节232，具体的，如图3所示，需要指出的是，在本实施例中，驱动电机231设置为六个，关节232设置为两个，关节232主要起到支撑和连接驱动电机231的作用，驱动电机231主要起到带动执行器21进行多轴移动，以执行相应的动作的作用。在本实施例中，为了便于安装，驱动电机231设于关节232的端部，并分别连接执行器21以及第二底座22，从而能够将执行器21与第二底座22活动连接在一起。
48.在本实施例中，还需要说明的是，操作时，工作人员的手臂与摇杆11接触，人体手臂的动作会带动支撑臂132转动，从而带动随动电机131转动。具体的，摇杆11是通过人手把握的，在摇杆11上设有用于控制从动控制臂20运动的若干按键，通过控制按键，能够使从动控制臂20首端的执行器21执行相对应的动作。
49.在本实施例中，为了使工作人员对主动控制臂10的运行情况有直观的反馈，主动控制臂10还包括报警器，具体的，所述报警器设于第一底座12上，以提供报警指示功能。该报警指示功能主要包括主从控制臂识别的通讯异常报警、主从控制臂姿态偏差报警以及从臂控制超限报警。在本实施例中，主动控制臂10还包括指示灯，所述指示灯设于第一底座12以及摇杆11上，使工作人员根据控制点亮对应的指示灯。另外，需要指出的是，在执行器21内设有压力传感器，便于感知压力的大小。
50.在具体实施时，本实施例中的主动控制臂10和从动控制臂20的整体布局采用等比例结构，均采用六轴关节机构，共六个自由度，其中，主动控制臂中，每个支撑臂132刚性连接一个随动电机131，且每个随动电机131与从动控制臂20中的六个驱动电机231一一对应。整个机器人主从控制臂通过第一底座12以及第二底座22固定在工作台上，然后通过人手握摇杆带动主从机械臂工作。
51.需要说明的是，上述的实施过程只是为了说明本技术的可实施性，但这并不代表本技术的机器人主从控制臂只有上述唯一一种实施流程，相反的，只要用于将本技术的机器人主从控制臂实施起来，都可以被纳入本技术的可行实施方案。
52.综上，本发明上述实施例当中的机器人主从控制臂通过第一底座12以及第二底座22就能够建立主动控制臂10与从动控制臂20的通信连接，只需通过移动和控制摇杆11就能够对应控制从动控制臂20执行对应的动作，并且第二传动组件23能够带动执行器21进行多轴移动，从而能够使从动控制臂20执行难度较高的动作，进而能够完成难度较高的任务。本技术提供的机器人主从控制臂在简化了结构的同时，该能够完成复杂的执行动作，有利于大范围的推广与使用。
53.请参阅图4，所示为本发明第二实施例提供的一种机器人主从控制臂的控制系统的结构框图，在具体实施时，该系统包括上述第一实施例提供的机器人主从控制臂，以及；
54.摇杆采集器，设于所述摇杆与所述随动电机的连接处，用于采集所述摇杆发出的第一控制信号；
55.主臂采集器，设于所述第一底座内，用于同时接收所述第一控制信号以及所述随动电机采集的第二控制信号，并将所述第一控制信号和所述第二控制信号打包发送至所述
从动控制臂，且接收所述从动控制臂的反馈信号。
56.在本实施例中，通过设置摇杆采集器，可以采集摇杆11通过按键发出的第一控制信号，并将其转换成与随动电机131采集的第二控制信号相同的通讯模式，从而简化了控制线路，提高了产品的模块化水平。
57.具体的，所述摇杆采集器具体包括：
58.第一mcu，用于采集所述摇杆输入的第一控制信号，并将所述第一控制信号转换成协议信号；
59.第一指示灯，与所述第一mcu的io管脚连接；
60.第一电源接口，与所述第一mcu电性连接，用于向所述第一mcu输入电源；
61.第一输出端口，与所述第一mcu电性连接，用于将所述协议信号传输至所述主臂采集器。
62.具体的，所述主臂采集器具体包括：
63.第二mcu，用于接收所述第一控制信号以及所述随动电机采集的第二控制信号，并将所述第一控制信号和所述第二控制信号打包；
64.第二指示灯，与所述第二mcu的io管脚连接；
65.蜂鸣器，与所述第二mcu的io管脚连接；
66.功能按键，与所述第二mcu的io管脚连接；
67.第二电源接口，与所述第二mcu电性连接，用于向所述第二mcu输入电源；
68.网络模块，与所述第二mcu电性连接，所述网络模块包括有线网络单元以及无线网络单元；
69.第二输出端口，与所述第二mcu电性连接，用于将所述第二mcu打包后的所述第一控制信号以及所述第二控制信号发送至所述从动控制臂，且接收所述从动控制臂的反馈信号。
70.本实施例提供的机器人主从控制臂的控制系统具有以下有益效果：
71.(1)能够识别人体的姿态并转换成手臂的关节信息；
72.(2)识别人体手臂对遥杆的控制信息；
73.(3)当系统或者通讯出现异常时，主臂进行报警指示；
74.(4)结构稳定，具有随动电机能够保持力矩，防止结构坍塌和晃动；
75.(5)接收从臂的力反馈信号，实现力矩控制。
76.在本实施例中，如图5和图6所示，需要说明的是，通过在主动控制臂10内设置摇杆采集器以及主臂采集器，从而实现了力反馈技术。具体的，工作人员能够通过主动控制臂10感受到远程控制的从动控制臂20在操作目标物体时的受力感觉，该感觉包括触摸、挤压、移动等，使得工作人员就像置身于工作现场一样，力反馈的临场感可以提高工作效率和作业准确程度。
77.具体的，如图5所示，图5为主臂采集器的硬件结构示意图，使用时，其输入电压12v，通过dc转dc开关电源，实现5v电压转换，再通过线性电源将5v转换成3.3v，供整机工作。设置在主动控制臂10上的随动电机131是通过该主臂采集器供电的，所以此处使用开关电源进行转换。第二mcu需要具有多路串口功能，其中1路转换成rs485信号，用于与随动电机131及遥杆11通讯。另1路连接wifi模块，并转换成无线数据，并且预留2路串口，1路用于
调试，1路用于以后的扩展。为了满足更高的数据通讯的要求，第二mcu需要支持以太网通讯，在芯片内进行数据转换，配合外部的phy网络芯片，实现以太网的通讯。第二指示灯与蜂鸣器使用普通的io管脚进行控制，板载的功能按键满足操作中的扩展功能，比如随动电机131归零，系统复位等。
78.另外，摇杆11的操作部分主要是对一些开关信息的读取，在本实施例中，通过设置摇杆采集器用于采集摇杆11的操控信息，并将其转换成与随动电机131一致的通讯接口，简化了线路，并提高了产品的模块化水平。如图6所示，所示为摇杆采集器的硬件结构示意图，使用时，供电电压为5v，内部通过线性电源转换为3.3v，为整板供电。遥杆11的内部为按键，第一mcu通过io口实现数据采集的第一控制信号，再将第一控制信号转换成协议信号，并发送给主臂采集板。
79.更具体的，在该机器人主从控制臂的控制系统中，工作人员通过主动控制臂10向从动控制臂20端发送指令并控制从动控制臂20运动，与此同时，工作人员能够感受到从动控制臂20与环境的交互信息。工作人员的动作或指令通过主动控制臂10的摇杆11，将控制信号传输至从动控制臂20并作用于环境，而环境对从动控制臂20的执行器21的作用情况则是通过从动控制臂20的执行器21，将反馈信号传输至主动控制臂10，再通过摇杆11传输到工作人员的手部。在理想状态下，从动控制臂20工作稳定，从动控制臂20与主动控制臂10具有相同的速度，工作人员手部所感受到的力与环境对从动控制臂20的作用力是相同的。因此，工作人员能够通过主动控制臂10感受到远程控制的从动控制臂20在操作目标物体时的受力感觉，力反馈的临场感可以提高工作效率和作业准确程度。
80.如图7所示，需要说明的是，本实施例提供的机器人主从控制臂的控制系统的具体工作原理为，操作者通过主动控制臂10向从动控制臂20发送控制指令以控制远端的从动机械臂20运动，与此同时，操作者能够感受到从动控制臂20与环境的交互信息。操作人员的动作或者指令能够通过主动控制臂10、信号通信环节、从动控制臂20作用于环境，而环境对从动控制臂20的作用力则是通过从动控制臂20、信号通信环节以及主动控制臂10传输到操作人员的手部，在理想的状态下，从动控制臂20的工作稳定，且从动控制臂20与主动控制臂10具有相同的工作速度，操作人员的手部所感受到的力与环境对从动控制臂20的作用力是相同的，并且两者之间的相互通信关系如图7所示。即可实现操作人员通过主动控制臂10感受到远程控制的从动控制臂20在操作目标物体时的受力感觉，力反馈的临场感可以提高工作效率和作业准确程度。
81.需要指出的是，本发明第二实施例所提供的系统，其实现原理及产生的一些技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。
82.综上所述，本发明上述实施例当中的机器人主从控制臂及其控制系统不仅结构简单、使用方便，还能够等量感受到从动控制臂20的受力情况，提高了工作效率和作业准确程度，有利于大范围的推广与使用。
83.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何
的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
84.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。