一種模擬手部運動的機械臂控制系統的製作方法

2023-09-13 16:57:50

本發明涉及一種動態採集系統，具體涉及一種模擬手部運動的機械臂控制系統。

背景技術：

隨著網絡技巧的發展，機械手的聯網操作問題也是以後發展的方向。工業機器人是近幾十年發展起來的一種高科技自動化生產設備。工業機械手的是工業機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手作業的準確性和各種環境中完成作業的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發展前景。機械手是在機械化，自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。在現代生產過程中，機械手被廣泛的運用於自動生產線中，機械人的研製和生產已成為高技術領域內，迅速發展起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重複工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，並越來越廣泛地得到了應用。我國塑料機械已成為機械製造業發展最快的行業之一，年需求量在不斷的加大。我國塑料機械產業的高速發展主要有以下兩個大因素：一是對高技術含量裝備的需求所帶來的設備更新及陳舊設備的淘汰；二是海內塑料加工產業的高速發展，對塑料機械的需求旺盛。

現有的機械手臂都是根據預設的程序進行工作，工作死板，實用性不強，無法承擔較為複雜的工作。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種新的機械臂控制方法，目的在於提供一種模擬手部運動的機械臂控制系統，解決現有的機械手臂都是根據預設的程序進行工作，工作死板，實用性不強，無法承擔較為複雜的工作的問題。

本發明通過下述技術方案實現：

一種模擬手部運動的機械臂控制系統，包括上位機、與上位機連接的手部動作採集模塊和與上位機連接的機械手模塊；

上位機：接收手部動作採集模塊發送的數位訊號，將接收到的數位訊號轉化為控制信號後發送給機械手模塊；

手部動作採集模塊：採集人的手部運動，將採集到的手部動作轉化為數位訊號發送給上位機；

機械手模塊：接收上位機發送的控制信號，根據控制信號控制機械手動作。

所述手部動作採集模塊包括與上位機連接的上位傳感器、與上位機連接的下位處理器、與下位處理器連接的中間傳感器和與下位處理器連接的末端傳感器；

上位傳感器：檢測自身的三軸運動狀態處理為上位運動數據發送給上位機；

下位處理器：接收中間傳感器發送的中間運動數據和末端傳感器發送的末端運動數據，整合為下位運動數據發送給上位機；

中間傳感器：檢測自身的三軸運動狀態處理為中間運動數據發送給下位處理器；

末端傳感器：檢測自身的三軸運動狀態處理為末端運動數據發送給下位處理器。

所述機械手模塊包括與上位機連接的現場控制器、連接在現場控制器上的機械手臂、連接在現場控制器上的機械手掌、連接在現場控制器上的機械手指、連接在現場控制器上的手臂反饋傳感器、連接在現場控制器上的手掌反饋傳感器、連接在現場控制器上的手指反饋傳感器；

現場控制器：接收上位機發送的控制信號，結合手臂反饋傳感器發送的手臂反饋信號後對機械手臂發送手臂控制信號，結合手掌反饋傳感器發送的手臂反饋信號後對機械手掌發送手掌控制信號，結合手指反饋傳感器發送的手臂反饋信號後對機械手指發送手指控制信號；

機械手臂：接收現場控制器發送的手臂控制信號進行動作；

機械手掌：接收現場控制器發送的手掌控制信號進行動作；

機械手指：接收現場控制器發送的手指控制信號進行動作；

手臂反饋傳感器：檢測手臂的動作，將檢測結果作為手臂反饋信號發送給現場控制器；

手掌反饋傳感器：檢測手掌的動作，將檢測結果作為手掌反饋信號發送給現場控制器；

手指反饋傳感器：檢測手指的動作，將檢測結果作為手指反饋信號發送給現場控制器。

在系統工作時，上位傳感器安裝在待測手的手臂上，中間傳感器安裝在待測手的手掌上，末端傳感器安裝在待測手的手指上。由於上位傳感器安裝在手臂上，上位傳感器採集自身的三軸運動狀態即為手臂的三軸運動狀態，同理中間傳感器檢測手掌的運動狀態、末端傳感器檢測手指的運動狀態，中間傳感器和末端傳感器將檢測到的數據發送給下位處理器，下位處理器將中間傳感器發送的數據與末端傳感器發送的數據整合後發送給上位機，上位機將下位機發送的數據與上位傳感器發送的數據按相同時間進行數據匹配後發送控制信號給現場控制器，現場控制器對控制信號進行提取處理，將上位傳感器的發送的上位運動數據提取出來，結合手臂反饋傳感器發送的手臂反饋信號後，處理成手臂控制信號發送給機械臂；將中間傳感器的發送的中間運動數據提取出來，結合手掌反饋傳感器發送的手掌反饋信號後，處理成手掌控制信號發送給機械手掌；將末端傳感器的發送的末端運動數據提取出來，結合手指反饋傳感器發送的手指反饋信號後，處理成手指控制信號發送給機械手指，機械手臂、機械手掌，機械手指根據相應的控制信號進行動作。

所述機械手指的數量至少為一，所述下位處理器數量至少與機械手指的數量相同。每個機械手指都與一個待測的手指對應，同時每個下位處理器對應一個手指，因此，下位處理器的數量至少與機械手指的數量相同。

所述連接在下位處理器上的末端傳感器數量至少與下位處理器的數量相同。末端傳感器連接在手指上，每個下位處理器對應一個手指，因此末端傳感器的數量至少與下位處理器的數量相同。

所述連接在下位處理器上的中間傳感器數量為一。一般情況下，一個手臂上只會連接一個手掌，因此一套系統中只需要一個中間傳感器就可使系統正常工作。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

1、本發明一種模擬手部運動的機械臂控制系統，採用捕捉人手部的運動對機械臂進行控制，無需複雜的編程，適應性強；

2、本發明一種模擬手部運動的機械臂控制系統，採用樹型拓撲結構，模塊化設計便於擴展。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發明系統結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。

實施例

如圖1所示，本發明一種模擬手部運動的機械臂控制系統，用於捕捉手臂、手掌以及一個手指的運動實現對機械手臂的控制，包括上位機、與上位機連接的上位傳感器、與上位機連接的下位處理器、與下位處理器連接的中間傳感器、與下位處理器連接的末端傳感器、與上位機連接的現場控制器、連接在現場控制器上的機械手臂、連接在現場控制器上的機械手掌、連接在現場控制器上的機械手指、連接在現場控制器上的手臂反饋傳感器、連接在現場控制器上的手掌反饋傳感器、連接在現場控制器上的手指反饋傳感器；所述上位機採用Intel Xeon E5處理器的微機，資料庫採用硬碟，下位處理器採用MC9S12H，現場控制器採用S12MagniV，所述上位傳感器、中間傳感器、下位傳感器、手臂反饋傳感器、手掌反饋傳感器和手指反饋傳感器均採用MPU6050三軸陀螺儀晶片，三軸陀螺儀能同時測定6個方向的位置，移動軌跡，加速。在系統工作時，上位傳感器安裝在待測手的手臂上，中間傳感器安裝在待測手的手掌上，末端傳感器安裝在待測手的手指上。由於上位傳感器安裝在手臂上，上位傳感器採集自身的三軸運動狀態即為手臂的三軸運動狀態，同理中間傳感器檢測手掌的運動狀態、末端傳感器檢測手指的運動狀態，中間傳感器和末端傳感器將檢測到的數據發送給下位處理器，下位處理器將中間傳感器發送的數據與末端傳感器發送的數據整合後發送給上位機，上位機將下位機發送的數據與上位傳感器發送的數據按相同時間進行數據匹配後發送控制信號給現場控制器，現場控制器對控制信號進行提取處理，將上位傳感器的發送的上位運動數據提取出來，結合手臂反饋傳感器發送的手臂反饋信號後，處理成手臂控制信號發送給機械臂；將中間傳感器的發送的中間運動數據提取出來，結合手掌反饋傳感器發送的手掌反饋信號後，處理成手掌控制信號發送給機械手掌；將末端傳感器的發送的末端運動數據提取出來，結合手指反饋傳感器發送的手指反饋信號後，處理成手指控制信號發送給機械手指，機械手臂、機械手掌，機械手指根據相應的控制信號進行動作。

所述連接在上位機上的下位處理器數量為二，其中一個下位處理器對應一個手指，另一個空閒備用，所述連接在下位處理器上的末端傳感器數量至少與下位處理器的數量相同。末端傳感器連接在手指上，每個下位處理器對應一個手指，因此末端傳感器的數量至少與下位處理器的數量相同。所述連接在下位處理器上的中間傳感器數量為一。一般情況下，一個手臂上只會連接一個手掌，因此一套系統中只需要一個中間傳感器就可使系統正常工作。

上位機：接收下位處理器發送的下位運動數據和上位傳感器發送的上位運動數據，將上位運動數據與下位運動數據匹配後形成動態數據，將動態數據發送到資料庫；

上位傳感器：檢測自身的三軸運動狀態處理為上位運動數據發送給上位機；

下位處理器：接收中間傳感器發送的中間運動數據和末端傳感器發送的末端運動數據，整合為下位運動數據發送給上位機；

中間傳感器：檢測自身的三軸運動狀態處理為中間運動數據發送給下位處理器；

末端傳感器：檢測自身的三軸運動狀態處理為末端運動數據發送給下位處理器；

機械手臂：接收現場控制器發送的手臂控制信號進行動作；

機械手掌：接收現場控制器發送的手掌控制信號進行動作；

機械手指：接收現場控制器發送的手指控制信號進行動作；

手臂反饋傳感器：檢測手臂的動作，將檢測結果作為手臂反饋信號發送給現場控制器；

手掌反饋傳感器：檢測手掌的動作，將檢測結果作為手掌反饋信號發送給現場控制器；

手指反饋傳感器：檢測手指的動作，將檢測結果作為手指反饋信號發送給現場控制器。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。