一种智能机械臂的控制方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种智能机械臂的控制方法、装置及系统，该方法包括通过MCU控制器根据人的手背、前臂和上臂上方安装的对应传感器所测量的数据得到对应的欧拉角，然后PC端根据上述欧拉角计算得到对应的机械臂的运动轨迹的数据信号并发送给机械臂控制器，以使得机械臂控制器根据该数据信号生成对应的PWM信号，从而控制机械臂运动。本发明专利技术解决了传统机械臂驱动方案不灵活的同时，还比目前复杂传感器套装和摄像头姿态捕获的方案更加节省成本和计算量，提高了通用性。

Control method, device and system for intelligent mechanical arm

The invention discloses a control method, an intelligent manipulator device and system, the method includes the MCU controller according to the corresponding sensor of the back of hand and forearm and upper arm is installed above the measured data to obtain the corresponding Euler angle, and then the PC terminal according to the Euler angle calculation of data signal corresponding to the trajectory of manipulator the mechanical arm and sent to the controller, so that the manipulator controller according to the data signal to generate the corresponding PWM signal, so as to control the mechanical arm movement. The invention solves the problem that the traditional mechanical arm driving scheme is not flexible, but also saves the cost and the calculation amount more than the current complex sensor package and the camera posture capture scheme, and improves the universality.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人的智能机械臂的控制方法、装置及系统。
技术介绍
智能机械臂是目前机器人
中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，其应用于于工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导制造等等领域。其基本的工作原理就是能够接收治疗，进行相关作业。然而目前对机械臂的控制主要通过程序来直接驱动，或者通过传感器、连杆等物理遥控器进行控制。通过人体姿态来对机械臂进行控制的主要是通过摄像头或者复杂的传感器套装进行姿态捕获和换算。而传统编程控制方式不够灵活，不同的动作设定需要编写不同的程序进行驱动，而物理遥控的方式不能很直观地反映相关的姿态动作，另外，新的人体姿态转换方式，要么采用摄像头，要么采用较复杂的传感器，导致成本较高，同时过于依赖硬件环境，计算量也很大。另外，如图1所示为六自由度机械臂的结构示意简图，其至少包括底座1、第一臂2、第二臂3、手腕4和爪子5，底座1与第一臂2、第一臂2与第二臂3、第二臂3与手腕4之间均通过可转动装置连接，也即是第一臂2、第二臂3、手腕4可根据控制信号向一定的方向上转动，从而可以使得爪子能够抓到物品。也即是，只要能够得到第一臂2、第二臂3和手腕4的转动角度，就可以将该其对应的转动角度的数据转换为控制信号，通过对应的舵机就可以控制第一臂2、第二臂3和手腕4的转动角度。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种智能机械臂的控制方法，其能够解决使用人体姿态转换方式来控制机械臂时，成本高、结构复杂、计算量等问题。本专利技术的目的之一采用以下技术方案实现：本专利技术提供了一种智能机械臂的控制方法，包括以下步骤：S1：获取第一欧拉角、第二欧拉角和第三欧拉角，并分别存储于对应的缓存空间；所述第一欧拉角是第一MCU控制器根据安装于人手的手背上的第一传感器所测量的数据计算得到；所述第二欧拉角是第二MCU控制器根据安装于人的前臂上方的第二传感器所测量的数据计算得到；所述第三欧拉角是第三MCU控制器根据安装于人的上臂上方的第三传感器所测量的数据计算得到；S2：根据所述第二欧拉角的方位角计算得出机械臂底盘的方位舵机角度；S3：根据所述第二欧拉角和第三欧拉角的俯仰角计算得出手臂的垂直平面坐标，并换算为机械舵机的垂直平面坐标，并依据机械臂舵机的垂直平面坐标以及机械臂的两条臂的长度计算得出机械臂的第一臂的水平俯仰角和第二臂的水平俯仰角，以及机械臂第一臂的舵机角度和机械臂第二臂的舵机角度；S4：根据人手的垂直平面坐标和机械臂的垂直平面坐标的映射关系，根据第一欧拉角的俯仰角和侧倾角得到机械臂手腕的俯仰角和侧倾角，并结合所述第一臂的水平俯仰角和第二臂的水平俯仰角，计算得出机械臂手腕的俯仰舵机角度；S5：根据第一欧拉角的侧倾角得到机械臂手腕的侧倾舵机角度；S6：根据五个舵机角度向机械臂控制器发送驱动舵机转动的数据信号，从而使得机械臂控制器根据该数据信号生成PWM信号给机械臂，以控制机械臂对应的部位运动；所述五个舵机角度包括所述机械臂底盘的方位舵机角度、机械臂第一臂的舵机角度、机械臂第二臂的舵机角度、机械臂手腕的俯仰舵机角度和机械臂手腕的侧倾舵机角度。优选地，所述第一传感器为六轴传感器，第二传感器和第三传感器为九轴传感器。优选地，步骤S1和步骤S2之间还包括S11：判断所述第二欧拉角和第一欧拉角是否合法，若合法，则执行S2，若不合法，则执行S1。优选地，步骤S3还包括当所述根据第二欧拉角和第三欧拉角的俯仰角计算得出手臂的垂直坐标平面，并换算为机械臂舵机的垂直平面坐标时，判断机械臂是否能够达到机械臂的垂直坐标平面的对应坐标点，若不能，则PC端采用原有的数据作为机械臂第一臂的舵机角度和第二臂的舵机角度值，继续执行S4；所述原有的数据为智能机械臂前一次运动时计算得到的机械臂第一臂的舵机角度和第二臂的舵机角度值。为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之二在于提供一种智能机械臂的控制装置，其能够解决使用人体姿态转换方式来控制机械臂时，成本高、结构复杂、计算量等问题。本专利技术的目的之二采用以下技术方案实现：本专利技术提供了一种智能机械臂的控制装置，包括：获取欧拉角模块，用于获取第一欧拉角、第二欧拉角和第三欧拉角并分别存储于对应的缓存空间；所述第一欧拉角是第一MCU控制器根据安装于人手的手背上的第一传感器所测量的数据计算得到；所述第二欧拉角是第二MCU控制器根据安装于人的前臂上方的第二传感器所测量的数据计算得到；所述第三欧拉角是第三MCU控制器根据安装于人手的上臂上方的第三传感器所测量的数据计算得到；获取第一舵机角度模块，用于根据第二欧拉角的方位角计算得出机械臂底盘的方位舵机角度；获取第二和第三舵机角度模块，用于根据第二欧拉角和第三欧拉角的俯仰角计算得出手臂的垂直平面坐标，并换算为机械臂舵机的垂直平面坐标，根据坐标数据以及机械臂的两条臂长的条件计算得出机械臂的第一臂的水平俯仰角和第二臂的水平俯仰角，以及机械臂第一臂的舵机角度和机械臂第二臂的舵机角度；获取第四舵机角度模块，用于根据人手的垂直坐标平面和机械臂的垂直坐标平面的映射关系，根据第一欧拉角的俯仰角和侧倾角得到机械臂手腕的俯仰角和侧倾角，并结合所述第一臂的水平俯仰角和第二臂的水平俯仰角，计算得出机械臂手腕的俯仰舵机角度；获取第五舵机角度模块，用于根据第一欧拉角的侧倾角得到机械臂手腕的侧倾舵机角度；控制机械臂工作模块，用于根据五个舵机角度向机械臂控制器发送驱动舵机转动角度的信号，从而使得机械臂控制器根据该信号发送一PWM信号控制机械臂相对应的部位运动；所述五个舵机角度包括机械臂底盘的方位舵机角度、机械臂第一臂的舵机角度、机械臂第二臂的舵机角度、机械臂手腕的俯仰舵机角度和机械臂手腕的侧倾舵机角度。优选地，所述第一传感器为六轴传感器，第二传感器和第三传感器为九轴传感器。为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之三在于提供一种智能机械臂的控制系统，其能够解决使用人体姿态转换方式来控制机械臂时，成本高、结构复杂、计算量等问题。本专利技术的目的之三采用以下技术方案实现：本专利技术提供了一种智能机械臂的控制系统，包括安装于手背上的第一传感器、安装于前臂上方的第二传感器、安装于上臂上方的第三轴传感器以及MCU控制器，所述MCU控制器有三个，分别记为第一MCU控制器、第二MCU控制器和第三MCU控制器；所述第一传感器与所述第一MCU控制器，所述第二传感器与所述第二MCU控制器电性连接，所述第三传感器与所述第三MCU控制器电性连接；第一MCU控制器用于获取第一传感器所发送的数据，以及根据所述第一传感器所发送的数据计算得到第一欧拉角；第二MCU控制器用于获取第二传感器所发送的数据，以及根据所述第二传感器所发送的数据计算得到第二欧拉角；第三MCU控制器用于获取第三传感器所发送的数据，以及根据所述第三传感器所发送的数据计算得到第三欧拉角；还包括PC端、机械臂控制器和机械臂，所述第一MCU控制器、第二MCU控制器、第三MCU控制器分别与所述PC端连接，所述机械臂控制器与所述PC端电性连接，所述机械臂控制器与机械臂电性连接；PC端用于接收来自第一MCU控制器、第二MCU控制器和第三MCU控制器发送的第一欧拉角、第二欧拉角和第三欧拉角，并分别存储于对应的缓存空间中，以及用于根据所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能机械臂的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取第一欧拉角、第二欧拉角和第三欧拉角，并分别存储于对应的缓存空间；所述第一欧拉角是第一MCU控制器根据安装于人手的手背上的第一传感器所测量的数据计算得到；所述第二欧拉角是第二MCU控制器根据安装于人的上臂上方的第二传感器所测量的数据计算得到；所述第三欧拉角是第三MCU控制器根据安装于人的前臂上方的第三传感器所测量的数据计算得到；S2：根据所述第二欧拉角的方位角计算得出机械臂底盘的方位舵机角度；S3：根据所述第二欧拉角和第三欧拉角的俯仰角计算得出手臂的垂直平面坐标，并换算为机械舵机的垂直平面坐标，并依据机械臂舵机的垂直平面坐标以及机械臂的两条臂的长度计算得出机械臂的第一臂的水平俯仰角和第二臂的水平俯仰角，以及机械臂第一臂的舵机角度和机械臂第二臂的舵机角度；S4：根据人手的垂直平面坐标和机械臂的垂直平面坐标的映射关系，根据第一欧拉角的俯仰角和侧倾角得到机械臂手腕的俯仰角和侧倾角，并结合所述第一臂的水平俯仰角和第二臂的水平俯仰角，计算得出机械臂手腕的俯仰舵机角度；S5：根据第一欧拉角的侧倾角得到机械臂手腕的侧倾舵机角度；S6：根据五个舵机角度向机械臂控制器发送驱动舵机转动的数据信号，从而使得机械臂控制器根据该数据信号生成PWM信号给机械臂，以控制机械臂对应的部位运动；所述五个舵机角度包括所述机械臂底盘的方位舵机角度、机械臂第一臂的舵机角度、机械臂第二臂的舵机角度、机械臂手腕的俯仰舵机角度和机械臂手腕的侧倾舵机角度。...

【技术特征摘要】
1.一种智能机械臂的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取第一欧拉角、第二欧拉角和第三欧拉角，并分别存储于对应的缓存空间；所述第一欧拉角是第一MCU控制器根据安装于人手的手背上的第一传感器所测量的数据计算得到；所述第二欧拉角是第二MCU控制器根据安装于人的上臂上方的第二传感器所测量的数据计算得到；所述第三欧拉角是第三MCU控制器根据安装于人的前臂上方的第三传感器所测量的数据计算得到；S2：根据所述第二欧拉角的方位角计算得出机械臂底盘的方位舵机角度；S3：根据所述第二欧拉角和第三欧拉角的俯仰角计算得出手臂的垂直平面坐标，并换算为机械舵机的垂直平面坐标，并依据机械臂舵机的垂直平面坐标以及机械臂的两条臂的长度计算得出机械臂的第一臂的水平俯仰角和第二臂的水平俯仰角，以及机械臂第一臂的舵机角度和机械臂第二臂的舵机角度；S4：根据人手的垂直平面坐标和机械臂的垂直平面坐标的映射关系，根据第一欧拉角的俯仰角和侧倾角得到机械臂手腕的俯仰角和侧倾角，并结合所述第一臂的水平俯仰角和第二臂的水平俯仰角，计算得出机械臂手腕的俯仰舵机角度；S5：根据第一欧拉角的侧倾角得到机械臂手腕的侧倾舵机角度；S6：根据五个舵机角度向机械臂控制器发送驱动舵机转动的数据信号，从而使得机械臂控制器根据该数据信号生成PWM信号给机械臂，以控制机械臂对应的部位运动；所述五个舵机角度包括所述机械臂底盘的方位舵机角度、机械臂第一臂的舵机角度、机械臂第二臂的舵机角度、机械臂手腕的俯仰舵机角度和机械臂手腕的侧倾舵机角度。2.如权利要求1所述智能机械臂的控制方法，其特征在于，所述第一传感器为六轴传感器，第二传感器和第三传感器为九轴传感器。3.如权利要求1所述智能机械臂的控制方法，其特征在于，步骤S1和步骤S2之间还包括S11：判断所述第二欧拉角和第一欧拉角是否合法，若合法，则执行S2，若不合法，则执行S1。4.如权利要求1所述智能机械臂的控制方法，其特征在于，步骤S3还包括当所述根据第二欧拉角和第三欧拉角的俯仰角计算得出手臂的垂直坐标平面，并换算为机械臂舵机的垂直平面坐标时，判断机械臂是否能够达到机械臂的垂直坐标平面的对应坐标点，若不能，则PC端采用原有的数据作为机械臂第一臂的舵机角度和第二臂的舵机角度值，继续执行S4；所述原有的数据为智能机械臂前一次运动时计算得到的机械臂第一臂的舵机角度和第二臂的舵机角度值。5.一种智能机械臂的控制装置，其特征在于，包括：获取欧拉角模块，用于获取第一欧拉角、第二欧拉角和第三欧拉角并分别存储于对应的缓存空间；所述第一欧拉角是第一MCU控制器根据安装于人手的手背上的第一传感器所测量的数据计算得到；所述第二欧拉角是第二MCU控制器根据安装于人的前臂上方的第二传感器所测量的数据计算得到；所述第三欧拉角是第三MCU控制器根据安装于人手的上臂上方的第三传感器所测量的数据计算得到；获取第一舵机角度模块，用于根据第二欧拉角的方位角计算得出机械臂底盘的方位舵机角度；获取第二和第三舵机角度模块，用于根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴远豪，杨东岳，林鹏，余海鹏，夏尧，
申请(专利权)人：广州成潮智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44