[發明專利]仿人機器人分布式雙總線運動控制系統

無效

• 申請號: 200810038844.X
• 申請日: 2008-06-12
• 公開（公告）號: CN101293350A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 劉成剛;蘇劍波;張怡
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/00;G05B19/418
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 毛翠瑩

技術領域

本發明涉及一種仿人機器人分布式雙總線運動控制系統，用于仿人機器人的運動控制。屬于多自由度運動控制系統。

背景技術

仿人機器人運動控制系統通常需要實時地控制三十個以上的關節，同時需要采集和處理碼盤、壓力傳感器等多種信息。以往基于計算機局部總線如PCI(周邊元件擴展接口)、VME或者ISA(工業標準結構)總線的集中式控制系統雖然具有很高的處理速度和通訊速度，但是處理器的負擔過重，而且與控制器相連的導線過多，系統容易受到電磁干擾而影響運行的可靠性。為解決以上問題，目前的仿人機器人關節控制系統多采用了基于CAN(控制器局域網)、USB(通用串行總線)或者索尼公司開發的OPEN-R總線的分布式控制系統。其中CAN總線因為具有突出的可靠性、實時性和靈活性，在仿人機器人分布式運動控制系統中得到廣泛的應用。

仿人機器人關節自由度之間存在很強的耦合關系。仿人機器人的運動通常不是某個關節單獨的運動，而是許多關節一起協調地運動。傳統的仿人機器人運動控制系統通常采用一個協調運動控制器通過CAN總線集中控制多個關節控制器，由這些關節控制器完成對所有關節的控制。在運動控制過程中，協調運動控制器通過CAN總線接收來自所有關節控制器的所有關節當前狀態信息(碼盤讀數)。通過所有關節當前狀態信息和其他傳感器信息規劃所有關節運動，然后通過CAN總線向所有關節控制器發送關節控制指令。因為仿人機器人系統通常具有三十個以上的關節，所以CAN總線上傳輸的控制指令數據量很大。為了提高仿人機器人在不確定環境下的適應能力，需要提高仿人機器人運動控制系統的實時性。為了提高運動控制系統的實時性，就需要提高關節控制指令的發送頻率，從而進一步增加CAN總線上傳送的數據量。CAN總線的數據傳輸速度非常有限(最高1Mbps)，因此傳統的基于CAN總線的分布式運動控制系統很難滿足仿人機器人系統對更高實時性的要求。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種仿人機器人分布式雙總線運動控制系統，在實現基于CAN總線的分布式控制的同時滿足系統對更高實時性的要求。

為解決上述問題，本發明的技術方案中采用基于CAN總線的分布式系統。整個仿人機器人分布式雙總線運動控制系統由協調運動控制器、CAN總線、局部總線及若干關節控制器構成，協調運動控制器通過CAN總線與所有關節控制器相連，全部或者部分關節控制器之間通過局部總線實現互聯，共享關節狀態信息和傳感器信息。

本發明中所述局部總線通過關節控制器上的通訊接口實現。所述通訊接口包括串行通訊接口，串行外設接口，以及多通道緩沖串行接口。

本發明的有益效果表現在：通過在關節控制器之間增加局部總線，可以在這些關節控制器之間實現關節狀態信息的共享。通過關節狀態信息的共享可以實現在這些關節控制器內完成關節自由度之間耦合關系的計算。此時協調運動控制器可以不再通過CAN總線發送和接收每個關節的運動控制指令而只需要發送和接收肢體末端的軌跡，從而大大降低CAN總線上傳輸的數據量，滿足系統對更高實時性的要求。

本發明的有益效果還表現在通過在關節控制器之間增加局部總線，可以在這些關節控制器之間實現傳感器數據的共享。通過關節控制器之間傳感器數據的共享，可以實現傳感器數據的收集和壓縮，從而進一步減小CAN總線上傳輸的數據量。

附圖說明

圖1為本發明仿人機器人分布式雙總線運動控制系統的結構示意圖。

圖2為本發明的實施例1的結構示意圖。

圖3為本發明的實施例2的結構示意圖。

圖4為本發明的實施例3的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。

圖1是本發明仿人機器人分布式雙總線運動控制系統的結構示意圖。如圖1所示，本發明的仿人機器人分布式雙總線運動控制系統包括協調運動控制器，CAN總線，局部總線和關節控制器。協調運動控制器通過CAN總線與所有關節控制器相連，所有或者部分關節控制器之間通過局部總線互聯。局部總線可以根據數據通訊的具體情況或者關節控制器的數目采用不同的拓撲結構，具體方法將在實施例中詳細介紹。