[發明專利]一種復合式仿生四足機器人控制器

在審

• 申請號: 201210142119.3
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102637036A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 羅慶生;韓寶玲;蘇曉東;李華師;葛卓;常青;馬朋
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種復合式仿生四足機器人控制器，由決策層、規劃層和執行層構成，其特征在于包括由電動缸驅動各關節的足式機器人本體，智能決策器，步態生成器，執行驅動器，環境信息采集系統及能源系統。所述環境信息采集系統安裝于機器人軀干上，將采集到的數據通過相應接口提供給智能決策器，智能決策器將采集到的信息進行數據融合處理，生成相應的決策控制指令，并通過雙口RAM傳遞給步態生成器，步態生成器根據相應的決策控制指令進行步態選擇與切換，經過CPG網絡解算后得到各關節的運動參數，通過CAN總線網絡將數據包傳遞給執行驅動器，進而驅動直流無刷伺服電機轉動，實現機器人特定運動。

所述環境信息采集系統用于機器人工作環境信息的采集，包括視覺傳感器，音頻傳感器，陀螺儀傳感器，超聲波傳感器及GPS定位系統；所述視覺傳感器用于實現四足機器人前方可見域的三維重建，所述音頻傳感器用于獲取環境聲音信息，所述陀螺儀傳感器用于實時獲取機器人運動時的動態位姿參數，所述超聲波傳感器用于測量機器人運動方向上障礙物的距離，所述GPS定位系統用于確定機器人的準確位置信息。

所述智能決策器由內嵌實時操作系統RT-Linux的ARM9構成，其主要功能模塊包括傳感器驅動模塊，傳感器數據融合模塊，決策算法模塊，雙口RAM驅動模塊。外設接口包括3個串口，分別用于程序測試，陀螺儀傳感器模塊的信息采集，以及與GPS模塊的通信。JTAG接口用于系統仿真及程序下載，Wifi模塊用于系統功能擴展。決策層初始化數據存放在外部SD卡內，系統復位后自動讀取。音頻傳感器和視頻傳感器分別由相應的語音接口和USB接口來實現與主控芯片的通信，另外超聲波傳感器的信號由GPIO接入系統內部。當系統運行出錯時，PWM接口將直接驅動蜂鳴器實現報警。

所述步態生成器由內嵌Nios?II軟核的FPGA構成，功能模塊包括CPG網絡解算模塊，CAN總線控制器模塊，雙口RAM模塊。CPG網絡解算模塊的輸入參數由雙口RAM模塊在指定的數據存儲區獲取，解算后的結果通過CAN總線模塊進行數據封裝并傳輸到CAN總線上。步態生成器內部各功能模塊的控制指令及數據通過Avalon總線交換。

所述執行驅動器由數字信號處理器TMS320F2812作為核心微處理器，采用專用驅動芯片IR2130驅動三相橋式逆變電路的6個功率開關器件，在驅動電路和微控制器電路之間通過高速光耦6N137進行光電隔離。利用TMS320F2812片內集成的事件管理器模塊產生PWM控制信號，實時控制電機的轉動。電機編碼器輸出信號通過芯片AM26LS32將差分信號轉換為TTL電平信號，再接入微處理器的QEP模塊接口，實現對電機轉速信息的采集。在驅動電路串聯精密采樣電阻，利用F2812內部的AD轉換器實現電流反饋。