[發(fā)明專(zhuān)利]擬人機(jī)器人控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310129482.6
• 申請(qǐng)日: 2013-04-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103192390A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張磊;仇哲;李元;黎明;張聲遠(yuǎn);馮曉凱
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 青島海藝自動(dòng)化技術(shù)有限公司;中國(guó)海洋大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 青島發(fā)思特專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 37212
• 代理人: 劉雁君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種擬人機(jī)器人控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

擬人形機(jī)器人，簡(jiǎn)稱(chēng)擬人機(jī)器人，其“擬人”的本質(zhì)在于此類(lèi)高級(jí)機(jī)器人具有類(lèi)人的感知、決策、行為和交互能力，即它不僅需要具有類(lèi)人的形體和外觀、類(lèi)人的知覺(jué)和感官功能、類(lèi)人的大腦思維與控制能力，更需要具備類(lèi)人的行為特征，這一特征的基本體現(xiàn)為類(lèi)人雙足運(yùn)動(dòng)平衡與控制能力的實(shí)現(xiàn)。

與其他工業(yè)和特種移動(dòng)機(jī)器人（輪式、履帶式、多足式等）相比，擬人機(jī)器人在移動(dòng)過(guò)程中與地面的接觸為雙足在相對(duì)狹小空間內(nèi)的一系列可選擇離散支撐點(diǎn)，因而擬人步行機(jī)器人具有高度的適應(yīng)性與靈活性，它既能在平地上行走，也能在凹凸不平、狹窄空間、臺(tái)階和斜坡以及空間障礙等復(fù)雜非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中實(shí)現(xiàn)各種形式的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。

擬人機(jī)器人是類(lèi)人仿生運(yùn)動(dòng)與智能在形式與功能上同一的仿生機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)再創(chuàng)造。其發(fā)展過(guò)程中面臨著許多難題：實(shí)現(xiàn)各種類(lèi)人動(dòng)作與功能的多樣性；人類(lèi)社會(huì)環(huán)境在空間、時(shí)間和對(duì)象上的高維性；自身機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在空間上的自由度邊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)；行走與動(dòng)作控制的多輸入多輸出非線性、變參數(shù)、多驅(qū)動(dòng)協(xié)調(diào)特性等。

目前，擬人機(jī)器人的控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單、功能模塊選型較為單一、系統(tǒng)功耗較高、擴(kuò)展性不足、控制系統(tǒng)升級(jí)較為困難、開(kāi)發(fā)成本較高，并沒(méi)有體現(xiàn)出擬人機(jī)器人控制的靈活性和開(kāi)放性，增加了擬人機(jī)器人研究和控制的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)布局合理，系統(tǒng)功耗低，集控制、傳感、通信于一體的擬人機(jī)器人控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種擬人機(jī)器人控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)為集散式控制系統(tǒng)，包括通過(guò)藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線通信的上位機(jī)和下位機(jī)、通過(guò)通信電路連接的關(guān)節(jié)自由度控制器，其中所述上位機(jī)主要由以SBC-FITPC2i為核心的單板電腦構(gòu)成，所述下位機(jī)主要由以STM32F103RB芯片為核心的ARM7控制器構(gòu)成；所述關(guān)節(jié)自由度控制器為數(shù)字舵機(jī)。

所述藍(lán)牙模塊與所述下位機(jī)的ARM控制器連接。

所述上位機(jī)還包括USB接口、串行COM口和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

所述下位機(jī)還包括分別與所述ARM控制器連接的穩(wěn)壓電路、復(fù)位電路、姿態(tài)傳感器、LED報(bào)警燈、蜂鳴器、功能按鍵、無(wú)線通信控制電路、電源切換電路、USB轉(zhuǎn)UART電路、電壓檢測(cè)電路、JTAG和ISP下載電路、預(yù)留串口和其他標(biāo)準(zhǔn)接口。

所述下位機(jī)還包括數(shù)字舵機(jī)電源控制電路，數(shù)字舵機(jī)通信電路和數(shù)字舵機(jī)儲(chǔ)能電路。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明功能設(shè)計(jì)齊全，功能模塊選型新穎實(shí)用，結(jié)構(gòu)布局合理，系統(tǒng)功耗低，控制系統(tǒng)升級(jí)較容易，升級(jí)成本低，集控制、傳感、通信于一體，可用于機(jī)器人系統(tǒng)的進(jìn)一步移植和開(kāi)發(fā)，減少再次開(kāi)發(fā)的費(fèi)用。本控制系統(tǒng)不僅可以用于擬人機(jī)器人控制系統(tǒng)的研發(fā)，還可以作為多足機(jī)器人、仿生蛇形機(jī)器人、競(jìng)賽舞蹈機(jī)器人等多種機(jī)器人的控制平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和使用，具有很高的教學(xué)和競(jìng)賽價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中下位機(jī)硬件的原理框圖；

圖3是本發(fā)明的控制流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例具體說(shuō)明本發(fā)明。

實(shí)施例1

如圖1和圖3所示，本發(fā)明是一種基于SBC-FITPC2i的單板電腦與ARM控制器的擬人機(jī)器人控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成，上位機(jī)由以SBC-FITPC2i為核心的單板電腦構(gòu)成（由功能需求不同可自由選擇安裝連接），下位機(jī)由以STM32F103RBT為核心的ARM控制器構(gòu)成，本系統(tǒng)中，ARM控制器為擬人機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器，上位機(jī)和下位機(jī)之間通過(guò)藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線通信，并通過(guò)藍(lán)牙來(lái)接收、發(fā)送信息，降低了通信的復(fù)雜性，同時(shí)也降低了成本；藍(lán)牙模塊與下位機(jī)接口處還設(shè)計(jì)了開(kāi)關(guān)電路，用戶可根據(jù)需求開(kāi)啟無(wú)線通信模塊，這樣降低了系統(tǒng)的功耗。下位機(jī)還連接有外部姿態(tài)傳感器，并從姿態(tài)傳感器實(shí)時(shí)獲取機(jī)器人的姿態(tài)信息，如：三軸角速度、三軸線加速度、三維姿態(tài)角等，結(jié)合相應(yīng)的控制算法對(duì)機(jī)器人的姿態(tài)進(jìn)行控制，更好的完成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制指令。另外，本系統(tǒng)預(yù)留了其他GPIO口和標(biāo)準(zhǔn)總線接口，用戶可根據(jù)需求自行配置其他類(lèi)型傳感器和功能模塊進(jìn)行機(jī)器人的研究和開(kāi)發(fā)。