人机交互牵引装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及人工智能技术领域，特别涉及一种人机交互牵引装置及其控制方法。


背景技术：

2.人机交互又叫人机互动，是一门研究系统与用户之间的交互关系的学问。系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。
3.目前，人工智能是人类发展的大势所趋，其中人机交互作为人工智能中不可或缺的模块，其发展不言而喻，人机交互是人工智能的代表产物之一，其中人机交互牵引装置就是实现人机交互的其中一种方式。该方式可以通过操作员对牵引绳的拉拽来实现机器对操作员的跟随，对负荷运载，危险作业保护有着从简，高效率的优势。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提出一种人机交互牵引装置及其控制方法，旨在解决操作人员在负荷运载或危险作业等情况下，能通过牵引器实现对机器的控制。
5.为实现上述目的，本发明提出一种人机交互牵引装置，用于辅助人对仿生装置的控制，包括：
6.距离测量装置，包括拉绳传感器和编码器，用于测量拉绳的拉伸长度；
7.角度测量装置，与所述距离测量装置固定连接，所述角度测量装置包括角度传感器和信号发送器，所述角度传感器的检测转孔处转动安装有一检测转子，所述检测转子沿径向设有检测通孔，拉绳在所述检测通孔内活动设置，以测量拉绳的偏移角度；以及，
8.控制器，所述控制器分别与所述距离测量装置和角度测量装置电性连接，用于接收信号并反馈给仿生装置。
9.可选地，所述编码器固定在所述拉绳传感器内的码盘上，用于在拉动拉绳时，带动所述编码器产生脉冲信号或can信号。
10.可选地，所述控制模块包括闭环控制模块、模糊控制模块、pid控制模块，用于调制仿生装置的速度。
11.可选地，所述控制器还包括线性控制模块，用于调制仿生装置的偏转曲率。
12.可选地，所述信号发送器为信号发送器或电位器。
13.本发明还提出一种上述的人机交互牵引装置的控制方法，其包括以下步骤：
14.设定绳子的安全距离并启动仿生装置；
15.操作员拉动绳子，当绳长在安全距离内时，仿生装置不响应；
16.操作员继续拉动绳子，当绳子突破安全距离后，仿生装置根据控制器反馈的信号，跟随操作员；
17.操作员将绳子全部收缩回拉绳传感器时，仿生装置停止运动并抱死。
18.可选地，操作员继续拉动绳子，当绳子突破安全距离后，仿生装置根据控制器反馈的信号，跟随操作员的步骤中，拉绳传感器发送电平信号至控制器，控制器处理电平信号并
向仿生装置发送速率信号；
19.角度传感器发送电平信号至控制器，控制器处理电平信号并向仿生装置发送曲率信号。
20.可选地，操作员继续拉动绳子，当绳子突破安全距离后，仿生装置根据控制器反馈的信号，跟随操作员的步骤中，拉绳传感器与编码器结合发送脉冲信号至控制器，控制器处理脉冲信号并向仿生装置发送速率信号；
21.角度传感器与信号发送器结合发送脉冲信号至控制器，控制器处理脉冲信号并向仿生装置发送曲率信号。
22.可选地，操作员继续拉动绳子，当绳子突破安全距离后，仿生装置根据控制器反馈的信号，跟随操作员的步骤中，拉绳传感器与编码器结合发送can 信号至控制器，控制器处理can信号并向仿生装置发送速率信号；
23.角度传感器与信号发送器结合发送can信号至控制器，控制器处理can 信号并向仿生装置发送曲率信号。
24.可选地，操作员将绳子全部收缩回拉绳传感器时，仿生装置停止运动并抱死的步骤之前，还包括：操作员收缩绳子，若在未全部缩回时停止收缩，仿生装置会反向运动。
25.本发明的技术方案中，通过操作员控制绳子的长度和方向，使得拉绳传感器和角度传感器获得位移信息和角度信息，并结合编码器和信号发送器将信号发送给控制器，控制器再将信号进行处理，并反馈给仿生装置，使得操作员能够灵活控制仿生装置。本发明提供的人机交互牵引装置对操作员技术水平要求低，使用效率高，且组装造价成本低，人机交互贴合度高，人可以直观的对无人车通过绳子来进行控制用于外卖快递无人小车，各类型仿生机器人，儿童玩具车等。
附图说明
26.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简单地介绍，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示出的结构获得其他的附图。
27.图1为本发明提供的人机交互牵引装置一实施例的立体图；
28.图2为图1的侧视图；
29.图3为图1的俯视图；
30.图4为本发明提供的人机交互牵引装置一实施例的控制器的结构框图；
31.图5为本发明提供的人机交互牵引装置的控制方法的流程示意图。
32.标号说明：100
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人机交互牵引装置，1
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距离测量装置，2
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角度测量装置， 11
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拉绳传感器，12
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编码器，21
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角度传感器，211
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检测转子，2111
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检测通孔， 22
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信号发送器，3
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安装架。
33.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
34.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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。
35.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
36.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
37.人机交互又叫人机互动，是一门研究系统与用户之间的交互关系的学问。系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。目前，人工智能是人类发展的大势所趋，其中人机交互作为人工智能中不可或缺的模块，其发展不言而喻，人机交互是人工智能的代表产物之一，其中人机交互牵引装置就是实现人机交互的其中一种方式。该方式可以通过操作员对牵引绳的拉拽来实现机器对操作员的跟随，对负荷运载，危险作业保护有着从简，高效率的优势。
38.鉴于此，本发明提出一种人机交互牵引装置，用于辅助人对仿生装置的控制，其中，仿生装置是通过仿生技术对各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究，最后实现新的技术设计并制造出的更好的新型仪器、机械，在本发明的实施例中，仿生装置可以是无人车、各类型仿生机器人，儿童玩具车等需要引导的机械设备。请参阅图1，所述人机交互牵引装置100包括距离测量装置1、角度测量装置2以及控制器，所述距离测量装置1包括拉绳传感器11和编码器12，当操作员拉动拉绳时，所述拉绳传感器11和编码器12会测量出拉绳的拉伸长度；优选地，所述编码器12为增量式编码器，当然也可使用绝对式编码器；所述角度测量装置2与所述距离测量装置1固定连接，具体地，所述人机交互牵引装置100还包括安装架3，所述角度测量装置2通过安装架3固定安装在拉绳传感器11的出绳端处，所述角度测量装置2包括角度传感器21和信号发送器22，所述角度传感器21 安装在信号发送器22上，所述信号发送器22通过法兰安装在所述安装架3 上，所述角度传感器21的检测转孔处(图中未示出)转动安装有一检测转子 211，所述安装架3具有一转动空间，以容纳所述检测转子211，所述检测转子211沿径向设有检测通孔2111，拉绳在所述检测通孔2111内活动设置，以测量拉绳的偏移角度，当操作员改变拉绳的拉伸方向时，所述检测转子211 会发生转动，所述角度传感器21和信号发送器22结合会测量出拉绳的偏移角度；所述距离测量装置1和角度测量装置2均与所述控制器电性连接，所述控制器用于接收信号并反馈给仿生装置，将测得的拉绳的位移和水平方向的偏移角度反馈给仿生装置，以调制仿生装置的运动，其中，所述控制器的信号接收模块接入所述距离测量装置1和角度测量装置2，具体地，所述控制器的输入端分别接入所述编码器12和所述信号发送器22，所述控制器的信号发送模块接入仿生装置的底层控制系统。需要说明的是，所述信号发送器22 可以为
绝对式编码器或电位器，所述拉绳传感器11、所述编码器12、所述角度传感器21以及绝对式编码器或电位器均为市场上可以采购到的设备；所述控制器具有的信号接收模块和信号发送模块，其为控制类元器件的常见模块，以接收和反馈信号。
39.该人机交互牵引装置100通过操作员控制拉绳的长度和方向，使得拉绳传感器11和角度传感器21获得位移信息和角度信息，并结合编码器12和信号发送器22将信号发送给控制器，控制器再将信号进行处理，并反馈给仿生装置，使得操作员能够灵活控制仿生装置。本发明提供的人机交互牵引装置100对操作员技术水平要求低，使用效率高，且组装造价成本低，人机交互贴合度高，人可以直观的对无人车通过拉绳来进行控制用于外卖快递无人小车，各类型仿生机器人，儿童玩具车等。
40.进一步地，请参阅图1
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3，所述编码器12固定在所述拉绳传感器11内的码盘上，操作员通过拉绳的拉伸带动码盘，同时所述编码器12被带动产生脉冲信号。通过控制器内置模块处理脉冲信号，可以实现精确控制仿生装置的速度。
41.更进一步地，请参阅图1
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3，所述编码器12固定在所述拉绳传感器11内的码盘上，操作员通过拉绳的拉伸带动内码盘，同时所述编码器12被带动产生can信号。通过控制器内置模块处理can信号，可以实现精确控制仿生装置的速度。
42.优选地，请参阅图4，所述控制器包括闭环控制模块、模糊控制模块、pid 控制模块，以调制仿生装置的速度，所述闭环控制模块、模糊控制模块、pid 控制模块的输入端分别与信号接收模块的输出端连接，所述闭环控制模块、模糊控制模块、pid控制模块的输出端分别与信号发送模块的输入端连接。具体地，所述闭环控制模块的代码功能为：在操作员拉动拉绳后，通过所述闭环控制模块将信号输出到仿生装置，并将仿生装置的状态信息反馈到输入信号中，以提高操作精度；所述模糊控制模块通过对输入信号模糊化、输出信号精确化处理，对仿生装置进行控制；所述pid控制模块通过将输入信号和输出信号构成偏差，并将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对仿生装置进行控制。
43.优选地，请参阅图4，所述控制器还包括线性控制模块，以调制仿生装置的偏转曲率，所述线性控制模块的输入端与信号接收模块的输出端连接，所述线性控制模块的输出端与信号发送模块的输入端连接。所述线性控制模块通过分析输入信号和输出信号的关系，以控制仿生装置的偏转。
44.优选地，所述所述信号发送器22为绝对式编码器或电位器，以使其能够发送电平信号或脉冲信号或can信号。
45.本发明还提出了一种人机交互牵引装置的控制方法，采用了上述人机交互牵引装置，请参阅图5，在本实施例中，所述人机交互牵引装置的控制方法包括以下步骤：
46.s10、设定绳子的安全距离并启动仿生装置。
47.在本实施例中，通过在控制模块设定安全距离，使得操作员安全距离内拉动绳子，不会反馈信号给仿生装置，同时启动仿生装置。
48.s20、操作员拉动绳子，当绳长在安全距离内时，仿生装置不响应。
49.在本实施例中，操作员在拉绳的安全距离内拉动绳子，仿生装置不会响应。
50.s30、操作员继续拉动绳子，当绳子突破安全距离后，仿生装置根据控制器反馈的信号，跟随操作员。
51.具体地，在本实施例中，步骤s30，操作员继续拉动绳子，当绳子突破安全距离后，
仿生装置根据控制器反馈的信号，跟随操作员中，操作员将绳子拉出安全距离后，拉绳传感器(11)开始将电平信号发送给控制器，控制器中的闭环控制模块、模糊控制模块以及pid控制模块处理电平信号并向仿生装置发送速率信号，来控制仿生装置的速度；角度传感器(21)将同样开始发出相应的电平信号至控制器，控制器的线性控制模块处理电平信号并向仿生装置发送曲率信号，来控制仿生装置的运动方向。
52.进一步地，步骤s30，操作员继续拉动绳子，当绳子突破安全距离后，仿生装置根据控制器反馈的信号，跟随操作员中，操作员将绳子拉出安全距离后，所述拉绳传感器(11)与编码器(12)结合发送脉冲信号给控制器，控制器中的闭环控制模块、模糊控制模块以及pid控制模块处理脉冲信号并向仿生装置发送速率信号，来控制仿生装置的速度；角度传感器(21)与信号发送器(22)结合发送脉冲信号给控制器，当然，信号发送器(22)为电位器时，也可发送电平信号，控制器的线性控制模块处理脉冲信号并向仿生装置发送曲率信号，来控制仿生装置的运动方向。
53.更进一步地，步骤s30，操作员继续拉动绳子，当绳子突破安全距离后，仿生装置根据控制器反馈的信号，跟随操作员中，操作员将绳子拉出安全距离后，所述拉绳传感器(11)与编码器(12)结合发送can信号给控制器，控制器中的闭环控制模块、模糊控制模块处理can信号并向仿生装置发送速率信号，来控制仿生装置的速度；角度传感器(21)与信号发送器(22)结合发送can信号给控制器，当然，信号发送器(22)为电位器时，也可发送电平信号，控制器的线性控制模块处理can信号并向仿生装置发送曲率信号，来控制仿生装置的运动方向。
54.s40、操作员将绳子全部收缩回拉绳传感器时，仿生装置停止运动并抱死。
55.为使仿生装置不仅能在操作员的牵引下跟随，还能够后退，步骤s40，优选地，操作员将绳子全部收缩回所述拉绳传感器(11)时，仿生装置停止运动并抱死的步骤之前，还包括以下步骤：操作员收缩绳子，若在未全部缩回时停止收缩，仿生装置会反向运动。通过操作员在收缩绳子时突然停止收缩，控制器接停止接收信号，并发送指令给仿生装置，控制仿生装置后退。
56.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。