專利名稱：一種星狀連接的機(jī)器人群控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種星狀連接的機(jī)器人群控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可用于教學(xué)示范、科普表演、自 動(dòng)控制等領(lǐng)域的基于星狀連接的機(jī)器人群控系統(tǒng)。[0002]技術(shù)背景[0003]對(duì)于機(jī)器人群控制，目前背景技術(shù)有一種面向多機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法 (200910039402)和異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)的任務(wù)分配方法Q00910104420)等，但多注重于資 源分配和任務(wù)分配，并多應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同功能機(jī)器人共同 完成某一項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)器人之間的協(xié)作工作，可同時(shí)控制多個(gè)由電磁鐵，舵機(jī)， 電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)控制的不同機(jī)器人，此系統(tǒng)尤其在娛樂機(jī)器人領(lǐng)域有很大優(yōu)勢(shì)。例如多 種樂器演奏機(jī)器人共同完成演奏，即實(shí)現(xiàn)機(jī)器人樂隊(duì)的控制平臺(tái)，是一種把機(jī)器人的功 能擴(kuò)展的技術(shù)。[0004]實(shí)用新型內(nèi)容[0005]為了解決上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供采用計(jì)算機(jī)為控制系統(tǒng)的操作控 制上位機(jī)，各個(gè)機(jī)器人安裝的無(wú)線接收模塊，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為下位機(jī)；上位 機(jī)通過無(wú)線發(fā)送模塊與各個(gè)下位機(jī)通信，成為星狀連接的機(jī)器人群控系統(tǒng)。[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種星狀連接的機(jī)器人群控系統(tǒng)，包括在各個(gè)機(jī)器 人身上安裝無(wú)線接收模塊、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；其中，無(wú)線接收模塊通過通信線 路與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接，用于傳輸接收到的控制信號(hào)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過控制線路與驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，用于將處理后的控制信號(hào)傳輸給所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)信號(hào)驅(qū) 動(dòng)機(jī)器人完成相應(yīng)的工作；該系統(tǒng)還包括做為上位機(jī)的PC機(jī)或單片機(jī)，所述上位機(jī)通過 無(wú)線發(fā)射模塊與各個(gè)機(jī)器人的無(wú)線接收模塊通信。[0007]所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為電機(jī)、舵機(jī)、電磁鐵和/或步進(jìn)電機(jī)。[0008]所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為單片機(jī)、FPGA或PC機(jī)。[0009]本實(shí)用新型的有益效果是由于采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型使整個(gè)系統(tǒng)的 信號(hào)傳輸為星狀連接傳輸方式，減少上位機(jī)與各機(jī)器人之間通訊的誤差率，能夠完成高 效的配合，減少系統(tǒng)的故障率。同時(shí)，系統(tǒng)的反饋?zhàn)孕Ｕ椒?，通過各分支系統(tǒng)發(fā)回的 反饋信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的控制方式和速度。因此，上位機(jī)對(duì)分支系統(tǒng)的控制室實(shí)時(shí) 的，可以保證整個(gè)系統(tǒng)的同步性。


[0010]圖1為本實(shí)用新型一種星狀連接的機(jī)器人群控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。[0011]圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。[0012]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的單片機(jī)模塊圖。[0013]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的無(wú)線通訊接口圖。[0014]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的鍵盤機(jī)器人時(shí)的驅(qū)動(dòng)控制簡(jiǎn)圖。[0015]圖中[0016]1.PC 機(jī)4.吉他弦樂機(jī)器人2.鍵盤演奏機(jī)器人5.燈光效果設(shè)備3.架子鼓演奏機(jī)器人6.音響效果設(shè)備具體實(shí)施方式
[0017]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。[0018]如圖1所示為本實(shí)用新型一種星狀連接的機(jī)器人群控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1 所示一種星狀連接的機(jī)器人群控系統(tǒng)，包括在各個(gè)機(jī)器人身上安裝無(wú)線接收模塊、數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，無(wú)線接收模塊通過通信線路與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接，用于傳 輸控制信號(hào)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過控制線路與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，用于將處理后控制信號(hào)傳輸 給所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人完成相應(yīng)的工作。[0019]該系統(tǒng)還包括做為上位機(jī)的PC機(jī)或單片機(jī)，所述上位機(jī)通過無(wú)線發(fā)射模塊與各 個(gè)機(jī)器人的無(wú)線接收模塊通信。上位機(jī)的控制程序在同一時(shí)間軸下的不同時(shí)間向各個(gè)機(jī) 器人發(fā)送控制信號(hào)，控制信號(hào)的第一字節(jié)為各接收端的標(biāo)志位，每個(gè)機(jī)器人的接收端所 收到的都是完整的上位機(jī)控制信號(hào)，然后數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過標(biāo)志位篩選出可控制該機(jī)器 人的控制信號(hào)，進(jìn)行處理，并將處理過信號(hào)通過控制線路發(fā)送給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)根 據(jù)控制完成對(duì)機(jī)器人的控制。同時(shí)，在完成機(jī)器人的控制后，軟件通過反饋使系統(tǒng)可以 進(jìn)行自校正。[0020]如圖2所示為本實(shí)用新型一種星狀連接的機(jī)器人群控系統(tǒng)的實(shí)施例。如圖2所示 以一臺(tái)PC機(jī)1作為整個(gè)樂隊(duì)系統(tǒng)的上位機(jī)，承擔(dān)整個(gè)樂隊(duì)的指揮和音樂節(jié)奏控制工作； 而樂隊(duì)的各個(gè)成員機(jī)器人為下位機(jī)。機(jī)器人樂隊(duì)中包括了鍵盤演奏機(jī)器人2、架子鼓演 奏機(jī)器人3和吉他弦樂機(jī)器人4，還包括燈光效果設(shè)備5和音響效果設(shè)備6。這些不同機(jī) 器人可由獨(dú)立的單片機(jī)來控制和驅(qū)動(dòng)，鍵盤機(jī)器人2，由21個(gè)電磁鐵控制；架子鼓機(jī)器 人3，由兩個(gè)舵機(jī)控制一只手臂；吉他機(jī)器人4，由舵機(jī)和步進(jìn)電機(jī)協(xié)同控制。每個(gè)機(jī)器 人的通路有各自的標(biāo)記碼?？刂坪诵闹写鎯?chǔ)演奏的曲譜，通過給各個(gè)機(jī)器人的端點(diǎn)發(fā)送 對(duì)應(yīng)的音符和相應(yīng)的標(biāo)記碼，使整個(gè)樂隊(duì)進(jìn)行演奏。PC機(jī)1通過固定的控制指令格式， 把樂譜翻譯為對(duì)各個(gè)不同機(jī)器人的指令列表，并以數(shù)組形式儲(chǔ)存；在同一的時(shí)間軸控制 下，以多個(gè)機(jī)器人的多條主線來讀取和處理樂譜，按照樂譜的音高和音符長(zhǎng)度在每個(gè)音 符轉(zhuǎn)變時(shí)向?qū)?yīng)的機(jī)器人發(fā)送指令，控制對(duì)應(yīng)機(jī)器人的行動(dòng)。對(duì)于不同機(jī)器人的控制要 設(shè)置優(yōu)先級(jí)，在同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)要向多個(gè)機(jī)器人發(fā)送控制信號(hào)時(shí)，從優(yōu)先級(jí)高的機(jī)器人開 始發(fā)送控制信號(hào)。原則上應(yīng)把動(dòng)作有延遲性的機(jī)器人設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)，對(duì)整個(gè)機(jī)器人樂 隊(duì)的同步性進(jìn)行補(bǔ)償，以達(dá)到最好的配合效果。通過無(wú)線信號(hào)的傳送，可以忽略每個(gè)端 點(diǎn)接收信號(hào)的時(shí)間差，整個(gè)樂隊(duì)實(shí)現(xiàn)整齊的演奏。[0021]同時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的反饋信號(hào)，對(duì)不同機(jī)器人的控制進(jìn)行自調(diào)整。通過各分支 系統(tǒng)發(fā)回的反饋信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的控制方式和速度。因此，上位機(jī)對(duì)分支系統(tǒng)的控 制室實(shí)時(shí)的。[0022]以鍵盤演奏機(jī)器人為例，使用ATMEL公司的MEGA16-16PU系列單片機(jī)作為該機(jī)器人的控制核心。無(wú)線通訊芯片選擇了 RF-100無(wú)線模塊，該模塊具有較強(qiáng)的抗干 擾能力，在編碼方面已經(jīng)包含了強(qiáng)大的糾檢錯(cuò)能力。單片機(jī)ICl通電后，會(huì)進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位，外部晶振Yl和電容C5和C6組成的震蕩電路起振，向單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，單片 機(jī)即開始執(zhí)行初始化和控制程序指令。接口 J2為單片機(jī)和調(diào)試器的接口，通過六芯扁平 電纜和調(diào)試器連接，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序的調(diào)試和下載。通訊接口電路接入單片機(jī)的串口部 分，(如圖3所示)U3用來為無(wú)線通訊模塊提供3.3V的電壓。Pl為無(wú)線模塊的接口電 路，接口中的3和4 口為無(wú)線模塊的TXD傳輸數(shù)據(jù)口和RXD接收數(shù)據(jù)口，它們分別與單 片機(jī)的RXD和TXD 口相連。C7和C8為旁路電容，目的在于降低無(wú)線控制模塊電源線 路的噪聲，為無(wú)線模塊提供更穩(wěn)定的工作環(huán)境。當(dāng)程序開始運(yùn)行時(shí)，調(diào)用單片機(jī)內(nèi)部的 串口接收中斷進(jìn)行標(biāo)志位識(shí)別和信號(hào)控制。[0023]U3 = LM 1117-3.3V ； Pl 為八針的接口 ； R4 = IK 歐；R5 = IK 歐；[0024]C7 = IuF ； C8 = IOOnF ； D2, D3 為發(fā)光二極管；[0025]Pl接口的第八腳接入開關(guān)，用于無(wú)線發(fā)射接收的波特率設(shè)置。[0026]鍵盤機(jī)器人主要有21個(gè)電磁鐵模擬手指動(dòng)作，可同時(shí)控制三個(gè)音區(qū)的演奏。電 磁鐵為MV型電磁鐵，對(duì)于電磁鐵的控制采用了 MOS管IRF530電路驅(qū)動(dòng)。具體電路圖 為如圖4、5所示。圖中，F(xiàn)9 F16分別為八路MOS管可分別控制8路電磁鐵，當(dāng)電磁 鐵兩端接入MV電的時(shí)候，電磁鐵可以按下琴鍵，彈奏對(duì)應(yīng)的音符。圖中的ULN^04為 信號(hào)放大芯片，可把單片機(jī)發(fā)出的5V信號(hào)擴(kuò)展為9V IOV的可以驅(qū)動(dòng)MOS管的信號(hào)。 D9和DlO分別為FR157 二極管和P6KE 二級(jí)管，起穩(wěn)定電壓和保護(hù)電路的作用。
權(quán)利要求1.一種星狀連接的機(jī)器人群控系統(tǒng)，其特征在于，包括在各個(gè)機(jī)器人身上安裝無(wú)線 接收模塊、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；其中，無(wú)線接收模塊通過通信線路與數(shù)據(jù)處理系 統(tǒng)連接，用于傳輸接收到的控制信號(hào)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過控制線路與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，用 于將處理后的控制信號(hào)傳輸給所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人完成相 應(yīng)的工作；該系統(tǒng)還包括做為上位機(jī)的PC機(jī)或單片機(jī)，所述上位機(jī)通過無(wú)線發(fā)射模塊與 各個(gè)機(jī)器人的所述無(wú)線接收模塊通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星狀連接的機(jī)器人群控系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為 電機(jī)、舵機(jī)、電磁鐵和/或步進(jìn)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星狀連接的機(jī)器人群控系統(tǒng)，其特征在于，所述處理系統(tǒng)為 單片機(jī)、FPGA或PC機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型屬機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可用于教學(xué)示范、科普表演、自動(dòng)控制等領(lǐng)域的基于星狀連接的機(jī)器人群控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括在各個(gè)機(jī)器人身上安裝無(wú)線接收模塊、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，無(wú)線接收模塊通過通信線路與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過控制線路與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接。該系統(tǒng)還包括做為上位機(jī)的PC機(jī)或單片機(jī)，所述上位機(jī)通過無(wú)線發(fā)射模塊與各個(gè)機(jī)器人的無(wú)線接收模塊通信。本實(shí)用新型的有益效果是，由于采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的整個(gè)系統(tǒng)采用星狀連接傳輸方式，能夠高效的完成配合，減少系統(tǒng)的故障率，減少上位機(jī)與各機(jī)器人之間通訊的誤差率。
文檔編號(hào)G05B19/418GK201812191SQ20102025191
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者王偉, 王旭, 葛維虹 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)