CN206906829U - 一种机器人的监控***及实时监测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机器人的监控***及实时监测仪。其中，该***包括：至少一个电机，每个电机位于机器人对应的关节部件处，用于驱动机器人对应的关节部件；至少一个电机驱动器，每个电机驱动器接入对应的电机，用于驱动对应的电机并检测对应的电机在转动时的角度值；主控服务器，与至少一个电机驱动器连接，用于获取并传输至少一个电机驱动器检测到的角度值；处理服务器，与主控服务器连接，用于根据主控服务器传输的角度值控制对应的关节部件处于预定的运动范围之内。本实用新型解决了现有技术中机器人的运动控制基本按照事先所规划的步态控制并没有实时监测以及自行维护的技术问题。

Description

一种机器人的监控***及实时监测仪

技术领域

本实用新型涉及仿人机器人控制领域，具体而言，涉及一种机器人的监控***及实时监测仪。

背景技术

随着社会和科技的高速发展，机器人领域也得到了越来越多的关注，它集中了机械、电子、计算机、人工智能等多学科的成果，是目前科技水平发展的标志。

仿人机器人不同于传统的工业机器人、轮式和履带式机器人，这种仿生机器人具备更灵活的行走***，能够走到一些普通人无法达到的地方，完成一些预设的工作。它相比其它类别的机器人具有更多的优点。近年来，双足步行机器人技术得到飞速的发展，拟动态行走、动态行走、斜坡上的行走以及跑步等双足运动步态都得到了深入研究，并取得了很显著的成果。但目前的大部分仿人机器人的运动控制***都是按照之前所规划的步态进行控制的，并不具备实时监测运动状态以及自维护和自调整的功能。随着仿人机器人技术的不断发展，这种单一的运动控制***已经表现出明显的不足。

双足行走是生物界难度最高的步行动作，仿人机器人对机械结构及驱动模块都有着很高的要求，所以研究仿人机器人的双足运动，将会导致传统机械发生重大变革。由于仿人机器人的运动控制算法对机械本体结构要求很高，需要结构设计跟控制算法有很好的匹配才行。但机械结构本身就会存在一定的误差，不可能做到完美与运动规划完全配合，所以就会导致步态效果存在一定的偏离，电机长时间的运转也会带来一定的误差，所以有必要针对仿人机器人运动控制进行实时监测并自行修正。

现有技术中,机器人的运动控制基本都是按照事先所规划的步态进行控制并无实时监测以及自行维护的功能。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种机器人的监控***及实时监测仪，以至少解决现有技术中机器人的运动控制基本按照事先所规划的步态控制并没有实时监测以及自行维护的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种机器人的监控***，包括：

至少一个电机，每个电机位于机器人对应的关节部件处，用于驱动机器人的对应的关节部件；至少一个电机驱动器，每个电机驱动器接入对应的电机，用于控制对应的电机并检测对应的电机在转动时的角度值；主控服务器，与至少一个电机驱动器连接，用于获取并传输至少一个电机驱动器检测到的角度值；处理服务器，与主控服务器连接，用于根据主控服务器传输的角度值控制对应的关节部件处于预定的运动范围之内。

进一步地，处理服务器还包括：处理器，与主控服务器连接，用于如果角度值存在异常或超出预定的范围值，生成调整对应的关节部件处于预定的运动范围之内的控制指令；

进一步地，处理服务器还包括：显示器，与主控服务器连接，用于显示主控服务器传输的角度值；无线传输装置，与处理器连接，用于输出控制指令。

进一步地，***还包括：信号处理装置，与无线传输装置、电机驱动器连接，用于根据控制指令生成用于调整对应的关节部件的角度修正值并传输至电机驱动器。

进一步地，主控服务器包括：接收装置，与无线传输装置连接，用于接收控制指令；输出装置，与接收装置连接，用于输出控制指令至信号处理装置。

进一步地，***还包括：报警装置，与处理服务器连接，用于在对应的关节部件超出预定的运动范围的情况下，输出报警信息。

进一步地，电机驱动包括：DSP芯片，与信号处理装置连接，用于执行运动控制算法驱动每个关节部件的驱动。

进一步地，无线传输装置还包括：WIFI模块。

进一步地，主控服务器还包括如下至少之一：操作***、RAM和ROM等存储模块、IO接口、USB口、USART串口。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种实时监测仪，包括：上述任意一种机器人的监控***。

在本实用新型实施例中，至少一个电机，每个电机位于机器人对应的关节部件处，用于驱动机器人的对应的关节部件；至少一个电机驱动器，每个电机驱动器接入对应的电机，用于控制对应的电机并检测对应的电机在转动时的角度值；主控服务器，与至少一个电机驱动器连接，用于获取并传输至少一个电机驱动器检测到的角度值；处理服务器，与主控服务器连接，用于根据主控服务器传输的角度值控制对应的关节部件处于预定的运动范围之内的方式，达到了机器人关节角度的实时监测与显示以及机器人与服务器之间无线通信的目的，从而实现了机器人关节角度设置阈值并将实际关节角度进行比较，超出关节角度设置阈值进行报警提示的技术效果，进而解决了现有技术中机器人的运动控制基本按照事先所规划的步态控制并没有实时监测以及自行维护的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种机器人的监控***的示意图；

图2是根据本实用新型的一种可选的机器人的监控***的示意图；以及

图3是根据本实用新型的一种可选的监控机器人与目标对象交互的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

实施例1

根据本实用新型实施例，提供了一种机器人的监控***的实施例。

图1是根据本实用新型实施例的一种机器人的监控***示意图，如图1所示，该***包括：至少一个电机10(图1仅示意性绘出一个)、至少一个电机驱动器12(图1仅示意性绘出一个)、主控服务器14以及处理服务器16，其中，

至少一个电机10，每个电机10位于机器人对应的关节部件处，用于驱动机器人的对应的关节部件；至少一个电机驱动器12，每个电机驱动器12接入对应的电机，用于驱动对应的电机10并检测对应的电机10在转动时的角度值；主控服务器14，与至少一个电机驱动器12连接，用于获取并传输至少一个电机驱动器检测到的角度值；处理服务器16，与主控服务器14连接，用于根据主控服务器传输的角度值控制对应的关节部件是否处于预定的运动范围之内。

具体的，在上述***中，电机可以是任意一种依照电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置；例如，可以是直流电伺服电机或者交流电伺服电机；机器人的对应的关节部件可以指机械手、机械四肢以及机械足。

分析可知，本申请上述方案通过电机可以实现控制机器人的对应的关节部件的目的。

具体的，在上述***中，电机驱动器12可以指ARM芯片的MCU、DSP芯片，用于执行运动控制算法，以及将机器人每个关节处的电机在转动时的角度值发送给主控服务器14和信号处理装置22，同时接收主控服务器14和信号处理装置22发送的反馈信号。

分析可知，本申请上述方案电机驱动器12可以实现控制对应的电机10并检测对应的电机10在转动时的角度值的目的。

具体的，在上述***中，主控服务器14与至少一个电机驱动器12连接，传输检测机器人每个关节电机在转动时的角度值。

分析可知，本申请上述方案通过主控服务器14可以实现主控服务器14传输检测机器人每个关节电机10在转动时的角度值的目的。

具体的，在上述***中，处理服务器16可以根据传输的角度值确定对应的关节部件是否处于最大垂直运动范围和最大水平运动范围内，其中，最大垂直运动范围可以指腕部能够到达的最低点与最高点之间的范围；最大水平运动范围是指腕部水平到达的最远点与基座中心线的距离。

分析可知，本申请上述方案通过处理服务器16可以实现每个关节电机10在转动时的角度值确定对应的关节部件是否处于预定的运动范围的目的。

在本实用新型实施例中，采用至少一个电机，每个电机位于机器人对应的关节部件处，用于驱动机器人的对应的关节部件；至少一个电机驱动器，每个电机驱动器接入对应的电机，用于控制对应的电机并检测对应的电机在转动时的角度值；主控服务器，与至少一个电机驱动器连接，用于获取并传输至少一个电机驱动器检测到的角度值；处理服务器，与主控服务器连接，用于根据主控服务器传输的角度值控制对应的关节部件处于预定的运动范围之内的方式，达到了机器人关节角度的实时监测与显示以及机器人与服务器之间无线通信的目的，从而实现了机器人关节角度设置阈值并将实际关节角度进行比较，超出关节角度设置阈值进行报警提示的技术效果，进而解决了现有技术中机器人的运动控制基本按照事先所规划的步态控制并没有实时监测以及自行维护的技术问题。

一种可选的实施例中，处理服务器16包括：显示器，与主控服务器连接，用于显示主控服务器传输的角度值；处理器，与主控服务器连接，用于如果角度值存在异常或超出预定的范围值，生成调整对应的关节部件处于预定的运动范围之内的控制指令；无线传输装置，与处理器连接，用于输出控制指令。

具体的，上述显示器可以为带有显示功能的单片机***或电脑等，用于实时显示并监测主控服务器传输机器人每个关节处电机在转动时的角度值；无线传输装置可以为RFID、蓝牙、红外传输等，在实际运用中，可以根据需要的通信距离进行选择，处理器与主控服务器的通信方式，并将控制指令通过接收装置发送至信号处理装置22。

分析可知，本申请上述方案可以实现进行显示角度值、确定对应的关节部件超出运动范围以及无线信号传输的目的。

一种可选的实施例中，主控服务器14包括：接收装置，与处理服务器的无线传输装置连接，用于接收控制指令；输出装置，与接收装置连接，用于输出控制指令至信号处理装置22。

具体的，接收装置用于接收生成用于调整角度值的修正值的控制指令；输出装置用于输出上述控制指令。

分析可知，本申请上述方案通过接收装置和输出装置可以实现接收和发送输出指令的目地。

一种可选的实施例中，如图2所示的一种可选的机器人的监控***的示意图，***还包括：报警装置20，与处理服务器连接，用于在对应的关节部件超出预定的运动范围的情况下，输出报警信息。

具体的，报警装置20可以是喇叭、扬声器等；例如：当机器人本体结构出现机械故障或者运动步态因为机械间隙误差、电机本身性能不足以及地面不平整等因素出现错误时报警并提示工作人员处理。

分析可知，本申请上述方案通过报警装置20可以实现报警提示并输出报警信息的目的。

一种可选的实施例中，如图2所示，***还包括：信号处理装置22，与无线传输装置、电机驱动器连接，用于根据控制指令生成用于调整对应的关节部件的角度修正值并传输至电机驱动器。

具体的，信号处理装置22具体可以输出处理函数信号，用于处理电机异常信号修正以及补偿。

此处需要说的是，当机器人行走过程中由于机械误差、重心内侧偏倒，可以调整算法中ZMP(零力矩点)位置并将重新ZMP(零力矩点)计算出来的质心位置反馈到运动控制算法中从而动态调整机器人行走姿势；由于机器人结构的不平衡，会导致两髋关节不与地面平行，此时可以动态的对髋关节电机进行角度插值补偿，使机器人上半身一直保持直立。

一种可选的实施例中，电机驱动器12包括：DSP芯片，与信号处理装置22连接，用于执行运动控制算法以及每个关节部件的驱动。

具体的，上述运动控制算法可以具体指多轴直线插补算法，比如：逐点比较法、数字积分法以及最小偏差法；在一种可选的实施例中，逐点比较法可以插补精度小于一个脉冲，每次仅向坐标轴方向发送一个进给脉冲，每次发脉冲计算当前坐标点与理论轨迹的偏差判断插补进给方向。

分析可知，上述DSP芯片可以实现执行运动控制算法以及每个关节部件的驱动的目的。

一种可选的实施例中，无线传输装置还包括：WIFI模块。

具体的，WIFI模块、RFID、蓝牙、红外传输等；作为主控服务器与服务器之间的一种通信方式，根据需要通信的距离选择任一方式进行无线通信。

分析可知，上述WIFI模块可以实现控制主控服务器与显示服务器通信的目的。

一种可选的实施例中，主控服务器14还包括如下至少之一：操作***、RAM和ROM等存储模块、IO接口、USB口、USART串口。

基于上述实施例所提供的方案可知，针对现有的机器人的运动控制基本都是按照事先所规划的步态进行控制并无实时监测以及自行维护的功能，本实用新型提供的可选的或优选的实施例可以实现机器人的运动控制可以按照事先所规划的步态控制，并进一步实现实时监测以及自行维护的功能。由此，结合图3所示的一种可选的监控机器人与目标对象交互的示意图来对本实用新型的可实现方案进行详细说明如下：

如图3所示，本实用新型所要保护的***设备包括如下部件：安装在机器人每个关节部件上的至少一个关节电机10，用于驱动关节电机工作的电机驱动器12，用于控制电机驱动器12及其他设备工作的主控服务器14，以及生成用于控制各个关节部件进行动作控制信号的处理器服务器16。

具体的，上述电机10，每个电机10位于机器人对应的关节部件处，用于驱动机器人对应的关节部件；

主控服务器14，用于将电机驱动器12监测到的每个关节电机10在转动时的角度值通过WIFI传输到处理服务器16。

处理服务器16，用于将根据传输的角度值确定对应的关节部件是否处于最大垂直运动范围和最大水平运动范围内并进行实时显示转动时的角度值。

电机驱动器12，用于控制机器人各个关节电机10的运转，并实时传输机器人各个关节的角度值发送给主控服务器14和信号处理模块22，同时接受主控服务器15与信号处理模块22的反馈信号。

报警服务器20，用于设定相关报警阈值，将对应的关节部件超出运动范围的情况下进行报警并提示工作人员处理。

信号处理模块22，用于调整补偿机器人行走过程中各个关节的角度来做出补偿算法，使机器人能尽量保持在算法所规划的步态上。

实施例2

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种实时监测仪，包括上述任意一种机器人的监测控制***。进一步的，上述监测控制***包括：至少一个电机，每个电机位于机器人对应的关节部件处，用于驱动机器人的对应的关节部件；至少一个电机驱动器，每个电机驱动器接入对应的电机，用于控制对应的电机并检测对应的电机在转动时的角度值；主控服务器，与至少一个电机驱动器连接，用于获取并传输至少一个电机驱动器检测到的角度值；处理服务器，与主控服务器连接，用于根据主控服务器传输的角度值控制对应的关节部件处于预定的运动范围之内。

在一种可选的实施例中，上述实时监测仪可以用在实时监测与显示每个关节电机在转动时的角度值；机器人与服务器之间的无线通信；每个关节电机都有相应阈值并将实际角度比较，超出阈值进行提示并发出报警；根据实际运转情况使机器人能保持算法所规划步态姿势的补偿调整。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人的监控***，其特征在于，包括：

至少一个电机，每个电机位于机器人对应的关节部件处，用于驱动所述机器人对应的关节部件；

至少一个电机驱动器，每个电机驱动器接入对应的电机，用于驱动所述对应的电机并检测所述对应的电机在转动时的角度值；

主控服务器，与所述至少一个电机驱动器连接，用于获取并传输所述至少一个电机驱动器检测到的角度值；

处理服务器，与所述主控服务器连接，用于根据所述主控服务器传输的角度值控制所述对应的关节部件处于预定的运动范围之内。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述处理服务器包括：

处理器，与所述主控服务器连接，用于在所述角度值存在异常或超出预定的范围值时，生成调整对应的关节部件处于预定的运动范围之内的控制指令。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述处理服务器还包括：

显示器，与所述主控服务器连接，用于显示所述主控服务器传输的所述角度值；

无线传输装置，与所述处理器连接，用于输出所述控制指令。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述***还包括：

信号处理装置，与所述无线传输装置、所述电机驱动器连接，用于根据所述控制指令生成用于调整所述对应的关节部件的角度修正值并传输至所述电机驱动器。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述主控服务器包括：

接收装置，与所述无线传输装置连接，用于接收所述控制指令；

输出装置，与所述接收装置连接，用于输出所述控制指令至所述信号处理装置。

6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：

报警装置，与所述处理服务器连接，用于在所述对应的关节部件超出所述预定的运动范围的情况下，输出报警信息。

7.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述电机驱动器包括：

DSP芯片，与所述信号处理装置连接，用于执行运动控制算法驱动每个关节部件。

8.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述无线传输装置包括：

WIFI模块。

9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述主控服务器包括如下至少之一：操作***、RAM和ROM存储模块、IO接口、USB口、USART串口。

10.一种实时监测仪，其特征在于，包括上述权利要求1至9中任意一项所述的机器人的监控***。