[發明專利]模塊化分動式多足機器人運動控制器及其控制方法

有效

• 申請號: 201210328882.5
• 申請日: 2012-09-07
• 公開（公告）號: CN103676797A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 王茂森;戴勁松;朱燕生;稅華;伍亞冰;符濤濤;張蘭蘭;劉洪林;申培剛;張壘閣;黃順斌;陸建;董永明;武立春;陳龍;陳浩;祈建;沈光煦;符濤;冒添逸;吳海文;李冠男;朱敏
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于機器人控制領域，特別是一種模塊化分動式多足機器人運動控制器及其控制方法。

背景技術

自從1954年美國人喬治·德沃爾制造出世界上第一臺可編程的機器人，經過半個多世紀的發展，機器人已逐漸在工業生產、海空探索、軍事偵察、醫療康復、搶險救災等眾多領域獲得應用并發揮著越來越重要的作用。

當代機器人研究的領域已經從結構環境下的定點作業中走出來，基于非結構環境、極限環境下的先進機器人技術及其應用研究已成為智能機器人技術研究和發展的重點。輪式機器人在平地運輸中速度快、可承重大，移動和控制比較容易，應用也較為廣泛，但在山地和多障礙地面運動性能明顯下降甚至失效。足式機器人足部落腳點的離散性和面積小的特點使其對坑洼山地的機動性和適應性更強,它能夠在足尖點可達范圍內靈活調整行走姿態,并選擇合理的支撐點,使得機器人具有更高的避障和越障能力，但其速度、承載能力、控制簡便性卻明顯遜色于輪式機器人。針對輪式與足式機器人的優缺點，國內外學者都進行了一些相關研究，以求找到一種快速、可承重大、良好地形適應能力、移動和控制簡便的機器人解決方案。中國科學院的王洪光等基于行星輪系運動及雙足真空吸附原理，提出了一種新興的輪足復合式爬壁機器人機構并對機構的運動和仿真過程進行了仿真驗證，北京航空航天大學的陳殿生等和上海交通大學的李金良等分別提出了兩種不同結構的輪式腿機器人設計方案，并都進行了一些理論分析與仿真驗證。????

分動式多足機器人利用主動力電機驅動機械連桿機構完成機器人的直行這一基本動作，配合各足關節的調節可以實現轉彎、爬坡等復雜運動。機器人性能的優劣，除了需要具備良好的機械結構特性外，與機器人控制器性能的好壞是分不開的。現有的實用型機器人多是專用系統，如工業機械手，搬運機器人等，一旦機器人的結構改變，其控制器也得重新設計，從而限制了機器人根據任務需要變更與擴展能力。?且現有機器人步態規劃復雜，控制算法復雜，沒有備份的控制系統方案。

發明內容

本發明的目的在于提供一種各模塊硬件上獨立，軟件上自適應，靈活、可重構的模塊化分動式多足機器人運動控制器及其控制方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種模塊化分動式多足機器人運動控制器，包括上位機模塊、分動式多足機器人主控節點模塊、分動式多足機器人下位機節點模塊；上位機模塊通過轉換器和屏蔽雙絞線與分動式多足機器人主控節點模塊連接，分動式多足機器人主控節點模塊通過屏蔽雙絞線與分動式多足機器人下位機節點模塊相連。

一種模塊化分動式多足機器人運動控制器的控制方法，包括以下步驟：

步驟一：選擇分動式多足機器人的運行模式，包括上位機有線控制方式、無線遙控方式；根據微電腦上運行的操作軟件顯示的分動式多足機器人當前環境視頻信息，設定分動式多足機器人下一步運動參數，包括分動式多足機器人前進或后退的距離和速度，轉彎的半徑、角位移和速度；將分動式多足機器人下一步運動參數通過串行通信總線傳送給分動式多足機器人主控節點模塊；

步驟二：分動式多足機器人主控節點模塊接收到上位機模塊傳送來的分動式多足機器人下一步運動指令，將分動式多足機器人下一步運動指令經過處理程序，處理成分動式多足機器人下位機節點模塊各子模塊相應電機的具體運動參數，包括速度、角位移，并通過串行通信總線將具體運動參數分發到下位機節點模塊各子模塊的微控制器；分動式多足機器人主控節點模塊實時采集處理超聲波傳感器、加速度計、陀螺儀信號實現自動避障、保持平衡等半自主運行，同時分動式多足機器人主控節點模塊通過總線將分動式多足機器人當前狀態信息，包括速度、傾角、位移，實時反饋給微電腦上運行的操作軟件；

步驟三：分動式多足機器人下位機節點模塊各子模塊接收到分動式多足機器人主控節點模塊分發的具體運動參數，控制相應的驅動器驅動相應的電機完成指定的動作，利用速度位移傳感器和相應的PID算法實現相應電機的閉環控制，同時分動式多足機器人云臺控制模塊通過光纖將實時傳送分動式多足機器人當前環境視頻信息給運行于微電腦上的操作軟件顯示。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：

（1）分動式多足機器人步態規劃簡單，控制簡便；

（2）具有備份控制方案，確保分動式多足機器人在任何情況下都可以完成指定動作；

（3）各下位機節點硬件上獨立、軟件上自適應的模塊化設計，便于擴展，且安全可靠。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

附圖說明