同步无线控制仿生机械臂系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多传感器采集手臂姿态，实现无线长距离同步控制的六自由度机械臂系统。属于机器人智能控制及仿生技术领域。
【背景技术】
[0002]第一台机械臂诞生于美国。20世纪的60年代，美国的Animat1n公司制造了第一台由计算机控制的机器人。80年代之后，计算机的迅猛发展带动了机械臂应用领域的不断扩大。用于焊接、搬运、医疗等具有专一用途的机械臂不断出现。在这种背景下，机器臂的应用越来越普及，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。
[0003]机械臂作为机器人的重要执行部件，高精度、多自由度、高灵敏度是机械臂发展的重要目标，设计一种更高效的控制系统尤为重要。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种同步无线控制仿生机械臂系统，该同步无线控制仿生机械臂系统不仅能够设置固有动作组。而且能够根据操作者的手臂姿态直接对机械臂进行控制，并能够显示相关的姿态信息，实现机械臂对操作者手臂运动的同步模仿和存贮。
[0005]本发明所采用的技术方案如下:
[0006]—种同步无线控制仿生机械臂系统，包括机械部分和控制部分，包括机械部分及控制部分，机械部分包括机械臂及连接于其底部的金属夹持器，机械臂由六个舵机与金属结构件组合而成，为六自由度机械臂，所述的控制部分包括机械臂控制端及姿态采集端，所述的机械臂控制端与机械部分连接，所述的姿态采集端设于控制手环，机械臂控制端及姿态采集端无线连接。
[0007]作为优选方案，所述的机械臂包括螺栓、一号舵机、二号舵机、三号舵机、四号舵机、金属骨架、五号舵机、六号舵机、固定支座，所述的一号舵机与金属夹持器拼接，金属夹持器与螺栓连接，一号舵机控制金属夹持器开闭；二号舵机与金属夹持器及金属骨架拼接，二号舵机控制金属夹持器旋转；三号舵机与金属骨架拼接，可沿一号轴6旋转；四号舵机与金属骨架拼接，可沿二号轴8旋转；五号舵机与金属骨架拼接，可沿三号轴16旋转；六号舵机与金属骨架拼接，可沿四号轴12旋转；金属骨架开设固定孔、穿线孔；固定支座用于将机械臂垂直固定。
[0008]所述的姿态采集端包括第一采集端电路板、加速度与角度传感器、第一采集端控制器，第一无线信号发送模块及第一手环电池，第一手环电池为控制手环供电，加速度与角度传感器、第一采集端控制器，第一无线信号发送模块焊接在第一采集端电路板上，整个电路安装在第一手环外壳内；所述的机械臂控制端包括无线信号接收模块、控制端电源模块及控制端控制器，无线信号接收模块与控制端控制器电连接；一号舵机、二号舵机、三号舵机、四号舵机、五号舵机、六号舵机与控制端控制器电连接，控制端电源模块及控制端控制器电连接。
[0009]所述的控制手环包括腕控手环、肘控手环及肩控手环，用于分别穿戴在人的手腕、肘部，肩部。
[0010]所述的姿态采集端还包括第二采集端电路板、曲度传感器、第二采集端控制器，第二无线信号发送模块及第二手环电池，所述的控制手环还包括指控环，所述的指控环由相互连接的两个以上环体构成，用于穿戴在两个以上手指之间，第二手环电池为指控环供电，曲度传感器、第二采集端控制器，第二无线信号发送模块焊接在第二采集端电路板上，整个电路安装在第二手环外壳内。
[0011]所述的腕控手环与二号舵机及三号舵机无线连接，所述的肘控手环与三号舵机无线连接，所述的肩控手环与五号舵机及六号舵机无线连接。
[0012]所述的指控环与一号舵机无线连接。
[0013]由安装在人体手臂上的传感器采集姿态信息，姿态信息经采集端控制器处理后，通过无线模块传输给机械臂控制端存储、显示并控制舵机，从而使机械臂能够模仿人体手臂动作。
[0014]整个系统的工作过程:
[0015]一、操作者手臂上佩戴配有姿态采集端的控制手环，接通电源。
[0016]二、操作者手臂与手指有姿态位置变化，姿态采集端的采集端控制器通过曲度传感器、加速度与角度传感器采集到三维姿态信息。姿态采集端的采集端控制器通过无线信号发送模块将姿态信息发送给控制端控制器。
[0017]三、控制端控制器解算手臂姿态显示在液晶屏上，并调节6路PffM信号的占空比。利用PWM信号控制机械臂中的相应舵机，实现机械臂对操作者手臂运动的同步模仿。
[0018]四、还可以直接预设和选择多个固定的动作组，选择后机械臂自动运行。
[0019]五、也可自定义动作组并执行。按下控制板上的存储键，能够对操作者的一系列运动姿态进行存储，存储完毕后机械臂能对这些运动姿态进行复现。
[0020]本发明的有益效果如下:利用操作者手臂与机械臂之间的对应关系，通过姿态直接操控机械臂，改变了传统的操纵杆、遥控器等控制方式，提高了机械臂控制效率，能够灵活方便地对机械臂进行控制。由于该系统与人体手臂相似，可以应用于机器人、医疗、工业制造等领域。
【附图说明】
[0021]图1为本发明系统机械部分及机械臂控制端的机械结构图；
[0022]图2为本发明系统的控制手环佩戴示意图；
[0023]图3为本发明系统腕控手环、肘控手环及肩控手环的结构示意图；
[0024]图4为本发明系统指控环的内部结构示意图；
[0025]图5为本发明控制方法的工作流程图；
[0026]其中，1-螺栓，2-金属夹持器，3- 一号舵机，4- 二号舵机，5-三号舵机，6_ —号轴，7-四号舵机，8- 二号轴，9-金属骨架，10-五号舵机，11-六号舵机，12-四号轴4，13-控制端电源模块，14-控制端控制器，15-固定支座，16-三号轴，17-曲度传感器，18-腕控手环1，19-肘控手环2，20-肩控手环3，21-第一手环外壳，22-第一手环电池，23-加速度与角度传感器，24-第一采集端电路板，25-第一采集端控制器，26-第一无线信号发送模块，28-第二手环外壳，29-第二手环电池，30-第二采集端电路板，31-第二采集端控制器，32-第二无线信号发送模块。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明:
[0028]实施例一
[0029]如图1及图2所示，本发明一个【具体实施方式】的结构中包括机械部分和控制部分。
[0030]机械部分包括六自由度机械臂及连接于其底部的金属夹持器2，所述的控制部分包括机械臂控制端及姿态采集端，所述的机械臂控制端与机械部分连接，所述的姿态采集端设于控制手环，机械臂控制端及姿态采集端无线连接。
[0031]机械部分与人体手臂结构相似，机械臂包括螺栓1、一号舵机3、二号舵机4、三号舵机5、四号舵机7、金属骨架9、五号舵机10、六号舵机11、固定支座15，所述的一号舵机3与金属夹持器2拼接，金属夹持器2与螺栓I连接，一号舵机3控制金属夹持器2开闭；二号舵机4与金属夹持器2及金属骨架9拼接，二号舵机4控制金属夹持器2旋转；三号舵机5与金属骨架9拼接，可沿一号轴6旋转；四号舵机7与金属骨架9拼接，可沿二号轴4旋转；五号舵机10与金属骨架9拼接，可沿三号轴16旋转；六号舵机11与金属骨架9拼接，可沿四号轴12旋转；金属骨架9开设固定孔、穿线孔；固定支座15用于将机械臂垂直固定。
[0032]如图2及图3所示，控制部分的姿态采集端包括第一采集端电路板24、加速度与角度传感器23、第一采集端控制器25，第一无线信号发送模块26及第一手环电池22，第一手环电池22为控制手环供电，加速度与角度传感器23、第一采集端控制器25，第一无线信号发送模块26焊接在第一采集端电路板24