技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及主從控制系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種基于無線傳輸?shù)闹鲝闹悄芸刂葡到y(tǒng)。?

背景技術(shù)

近年來，隨著機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等學(xué)科的迅猛發(fā)展，機器人的研究與應(yīng)用正深入地改變著人類社會。例如工業(yè)機器人，多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機械結(jié)構(gòu)可以按照預(yù)先編排的程序運行，輔助人類進行工業(yè)生產(chǎn)。一些地震救援機器人可以在遙控人員的操縱下，進入復(fù)雜地形環(huán)境，搜尋幸存者。但是這些機器人在控制多關(guān)節(jié)多自由度方面存在一些不足。利用預(yù)先編排的程序運行的機器人缺乏一定的靈活性，如果某部分機械結(jié)構(gòu)需要調(diào)整改動，需要專業(yè)人員修改程序，并不容易；對于遙控多關(guān)節(jié)機器人，遙控人員需要前期進行專業(yè)培訓(xùn)，實際操作過程比較抽象。因此研究多自由度智能體的快速變形很有實用價值。?

康奈爾大學(xué)的霍德·利普森教授曾預(yù)言“就是總有一天，電腦和機器人將不再需要人為設(shè)置程序”。2005年，他領(lǐng)導(dǎo)的實驗室誕生了能自主復(fù)制的立方塊智能模塊。組成機器人的智能模塊大小為10立方厘米，模塊間可自由旋轉(zhuǎn)120度，每一塊模塊里還有一個微型計算機芯片，其中含有組裝時的具體指令。當(dāng)一個立方塊發(fā)現(xiàn)自己被其他立方塊構(gòu)成的不同排列所包圍時，立方塊中的微芯片將做出移動方向的判斷，根據(jù)周圍情況翻轉(zhuǎn)這些模塊。幾分鐘內(nèi)一個新的機器人就拼裝組合成功，而外形看起來就像是組裝它的機器人的復(fù)制品。?

目前很流行的百變魔尺玩具是由匈牙利人Rubik發(fā)明的。百變魔尺又叫“蛇形尺”，分24段、36段、48段和72段等多種類型。百變魔尺自由度多，是高智能的智力玩具，可隨意變化，自由組合，變形為多種形狀。不過，目前基于百變魔尺機械結(jié)構(gòu)的多自由度控制方面的研究相對匱乏。如果基于百變魔尺的機械結(jié)構(gòu)，制作兩組魔尺系統(tǒng)，主動魔尺系統(tǒng)兩個單元間用軸承連接，從動魔尺系統(tǒng)兩個單元間用選擇舵機連接驅(qū)動。轉(zhuǎn)動主動魔尺單元后，傳感器檢測轉(zhuǎn)動信息并無線傳送給從動魔尺系統(tǒng)，用電機控制相應(yīng)單元，就巧妙地實現(xiàn)了智能體的實時“克隆”。若應(yīng)用于遠距離操縱機械手、智能體快速復(fù)制等領(lǐng)域，將有著重要的意義。?

發(fā)明內(nèi)容

該系統(tǒng)要設(shè)計兩組智能體圓魔方塊，分別為主動系統(tǒng)和從動系統(tǒng)。主動系統(tǒng)單元主要由連接軸、光電碼盤、控制器、無線傳輸模塊、電源模塊等五部分組成；從動系統(tǒng)單元主要由無線傳輸模塊、控制器模塊、舵機運動模塊、連接軸模塊、角度信息采集模塊、電源模塊等六部分組成。本系統(tǒng)有三種工作功能——同步變形功能、實時監(jiān)控功能和拓展應(yīng)用功能。其中同步變形功能為基本工作功能，變形功能分為兩種工作模式。?

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：?

在功能一中，系統(tǒng)實現(xiàn)的是從動系統(tǒng)對主動系統(tǒng)的實時主從變形。轉(zhuǎn)動主動系統(tǒng)單元后，單元內(nèi)的光電碼盤采集到轉(zhuǎn)角信息，傳輸給單元內(nèi)的控制器，控制器通過無線傳輸模塊，把數(shù)據(jù)傳給從動系統(tǒng)對應(yīng)單元的無線傳輸模塊；從動單元控制器獲取數(shù)據(jù)后，通過PID閉環(huán)算法控制對應(yīng)選擇舵機轉(zhuǎn)動。電機的轉(zhuǎn)動采用PID控制算法閉環(huán)實現(xiàn)，電機可以精確定位，從而實現(xiàn)從動系統(tǒng)對主動系統(tǒng)的“克隆”。工作模式二為上位機發(fā)出指令，從動系統(tǒng)進行變形。例如在上位機LabVIEW環(huán)境中，操作人員用鼠標(biāo)輸入控制指令，上位機計算出從動系統(tǒng)各單元變形動作，以無線方式發(fā)送給從動系統(tǒng)，從而實現(xiàn)從動系統(tǒng)的鏡像變形。?

在功能二中：從動系統(tǒng)的每個單元的轉(zhuǎn)動角度信息實時傳給上位機，上位機利用LabVIEW和SolidWorks兩個軟件的聯(lián)合仿真，對從動系統(tǒng)進行實時三維動態(tài)建模，從而在上位機上實現(xiàn)了對從動系統(tǒng)的實時監(jiān)測功能。?

發(fā)明還具有功能三——拓展應(yīng)用功能。由于每個主體單元內(nèi)有獨立的傳感器模塊、控制器模塊、無線模塊和電源模塊，所以主體不同單元間有很大的獨立性；同樣每個客體單元內(nèi)也有獨立的無線模塊、控制?器模塊、執(zhí)行模塊和電源模塊，所以客體不同單元間也有很大的獨立性。加之系統(tǒng)相鄰單元間巧妙的機械連接，相鄰單元可以方便拼接和分離。這樣根據(jù)需要，主客體單元數(shù)目可以隨意增減，實現(xiàn)了單元數(shù)的快速變化，在實際應(yīng)用中有著重要的意義。利用無線傳輸控制客體系統(tǒng)產(chǎn)生相同的變形，并且可以根據(jù)需要外加模塊如機械臂、攝像頭、傳感器等外部擴展設(shè)備，是一個操作簡單的多功能的應(yīng)用平臺。?