[發明專利]一種基于CAN總線的模塊化機器人控制系統

無效

• 申請號: 200710011168.2
• 申請日: 2007-04-29
• 公開（公告）號: CN101053954A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 韓清凱;蘇立娟;侯碩
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/00;G05B19/418
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明涉及一種機器人控制系統，特別涉及一種基于CAN總線的模塊化關節型機器人控制系統。

背景技術

目前，絕大多數機器人的控制系統都是基于具體的受控對象，采用專用硬件平臺、專用系統和操作語言進行開發設計的，結構多為封閉式。這樣造成了用戶或第三方開發人員就很難根據需要對機器人的控制系統的功能進行擴展，對控制系統的軟硬件進行增減和移植。如果控制系統的各項功能都集中在一起，沒有結構功能方面清晰的劃分，那么一項功能出現故障，勢必影響整個控制系統的可靠性，甚至造成整個系統的癱瘓。控制系統的成本，安裝維護費用也會相應地增加。因此，針對關節型機器人控制系統，其開放性、模塊化、維護方便、成本低成為系統優劣的重要評價標準。隨著CAN總線技術在世界范圍內的應用和成熟，使實現以上標準成為可能。采用基于CAN總線的控制系統結構，可以根據需要方便地增減控制模塊的數量，擴充功能；采用標準的硬件平臺、操作系統以及開發語言，控制系統具有較好的可移植性，能夠較為方便地移植到其他平臺工作。并且各控制模塊都是一個可以獨立執行的系統，在運行時，各控制模塊互不干擾；還具有可重組性、可替代性、開放性和高穩定性等特點。由于CAN總線只需一條主干線，大大減少了線纜數量，降低了布線難度，縮減了成本；模塊化的設計不僅方便安裝和維護，也降低了開發成本。

發明內容

為了克服現有的機器人控制系統在開放性、可靠性等方面的不足，以及造價成本、安裝維護費用高等缺點，本發明提供一種基于CAN總線的模塊化機器人控制系統，該控制系統采用CAN總線作為機器人控制系統的體系結構，可以根據需要方便地增加硬件設備，擴充功能，在硬件發生改變的情況下，只需要針對相關節點的現場設備做出調整，而不會影響到其它節點，而且可以方便地調整控制節點數量，以改變機器人的自由度。

基于CAN總線的模塊化機器人控制系統由上位主控計算機、CAN智能接口卡、多個控制模塊(每個控制模塊控制機器人的一個關節)，以及連接這些模塊和CAN智能接口卡的CAN總線組成。本系統中的雙路智能CAN接口卡，它一端通過USB接口與上位機連接，另一端通過CAN總線接口連接到CAN總線上，控制模塊連接到CAN總線上，如圖1所示；系統所需電源均采用外部電源。

本發明控制模塊的電路圖如圖3(a)所示：

控制模塊的主控制器芯片選用ATmega64，它與CAN控制器SJA1000、CAN總線驅動器PCA82C250構成CAN總線的通信接口電路；ATmega64的管腳43、42、34、33、20、9、51、50、49、48、47、46、45、44分別與SJA1000的管腳3、4、5、6、17、16、23、24、25、26、27、28、1、2相連；SJA1000的管腳13、19、20分別與PCA82C250的管腳1、4、5相連；PCA82C250的管腳7、6分別通過電阻R2、R7與CANBAS的1、2腳相連；四個鐵電存儲器的管腳5、6、7分別與ATmega64的管腳26、25、18相連；JTAG接口的管腳1、3、5、9分別與ATmega64的管腳57、55、56、54相連，如圖3(b)所示；ISP接口的管腳1、5、7、9分別與ATmega64的管腳2、20、11、3相連，如圖3(c)所示；ATmega64的管腳27、28、29、30、31、32、35、36、37、38分別與步進電機motor的接線端子1、2、3、4、5、6、7、8、9、10相連，如圖3(e)所示；ATmega64的管腳61、60、59、58、57、56、55、54分別與接線端子1、3、5、7、9、11、13、15腳相連，采集的模擬信號(包括工作電壓、溫度)分別與接線端子相連，接線端子再與電位計、溫度計相連如圖3(d)所示。

控制模塊的工作原理是主控節點(包括上位主控計算機和CAN智能接口卡)中的主控計算機負責機器人的運動控制、任務分配、實時監測，并可通過以太網或internet組成遠程監控層。本系統軟件包括上位機主控軟件和下位機控制模塊的軟件，采用分層和模塊化結構。上位機主控軟件是在CAN接口卡提供的ZLGVCI接口函數的基礎上進行開發，在Windows環境下編寫；下位機控制模塊的軟件用標準C語言進行編程，這使得系統軟件具有開發周期短、可讀性強、可移植性好的特點。下位機控制模塊軟件采用模塊化的結構，即按任務將整個軟件劃分為幾個模塊：CAN總線通信模塊、驅動控制模塊、數據采集模塊、數據存儲模塊。

在每個控制模塊中，ATmega64負責SJA1000的初始化，通過控制SJA1000實現數據的接收和發送通信任務；