[實用新型]多CPU網絡化機器人控制器

有效

• 申請號: 201320070710.2
• 申請日: 2013-02-07
• 公開（公告）號: CN203149363U
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 樓曉春;陳華凌
• 申請（專利權）人: 杭州職業技術學院
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本實用新型涉及一種機器人控制器，尤其是一種多CPU組合滿足機器人運行環境復雜要求的多CPU網絡化機器人控制器。

背景技術

控制器作為機器人系統的核心控制單元，直接決定著機器人的性能；同時，隨著機器人技術的日趨成熟，機器人技術在工業、服務業中的應用也日益復雜，這對機器人控制器的通用性、兼容性、復雜程度以及模塊化程序提出了更高的要求。

機器人控制器除具備基本的運動控制外，還需借助外部傳感系統感知機器人周圍的環境信息，使其能適應復雜環境的變化，具有一定的智能性、自適應性。

網絡、總線作為機器人控制器與外部控制器的主要通訊手段，為適應當前網絡技術、總線技術的發展，新一代的控制器應具備有靈活、標準、開放的多種網絡通訊功能。

生產任務、生產環境的日趨復雜，對機器人技術的柔性和通用性提出了更高的要求，因此，機器人控制器還應具備很好的擴展性和可重構性，以滿足復雜工藝的要求。

工業應用中，機器人周圍環境噪音大，電磁干擾嚴重，因此機器人控制器還應具備各種抗干擾能力。系統異常時，還應具備數據保存功能。

現有的控制器由一個CPU完成所有功能，其功能（處理能力、對環境感知能力、決策能力）、性能（實時性、可靠性、穩定性）受到了很大的限制，而且對CPU要求較高，因此僅能完成機器人的基本運動控制和一些簡單的數字量、模擬量信號檢測，不能滿足當前機器人運行環境、應用復雜的要求。

發明內容

本實用新型解決了現有的控制器由一個CPU完成所有功能，其功能和性能受到了很大的限制的缺陷，提供一種多CPU網絡化機器人控制器，通過不同層級的CPU，多個同一層級CPU組合實現機器人控制，功能和性能得到大的改善和提高。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種多CPU網絡化機器人控制器，包括控制機器人的規劃CPU，及與規劃CPU相配套并進行數據傳輸的多個控制CPU，?每個控制CPU連接數據存取單元、信息采集單元、控制單元和網絡通訊單元。信息采集單元采集了各種傳感信息，采集外部環境或者被測對象的某些特征，比如：圖像、語音、網絡和運動信息，信息采集后傳輸到控制CPU，將機器人的運動狀態信息存儲到數據存取單元中，規劃CPU融合多個控制CPU中采集的數據信息結合數據存取單元中機器人的數據，從而做出各種相應的決策，控制機器人并向多控制CPU發送控制信號給控制單元，規劃CPU為最高級CPU，控制CPU為次一級CPU，不同層級的CPU組合后對機器人進行控制，功能和性能得到大的改善和提高。

作為優選，規劃CPU采用數字信號處理芯片，數字信號處理芯片連接決策單元并進行數據交換，決策單元連接信息融合單元并進行數據交換，數字信號處理芯片連接有數據存取單元、系統配置單元、電源單元和復位晶振電路。信息融合單元接收信息采集單元的信息，將信息傳輸給決策單元，決策單元根據這些信息對機器人狀態進行跟蹤，同時對機器人進行規劃，使機器人以期望路徑、目標位置運動，并將決策信息輸出至控制CPU，控制相應的信息采集單元執行信息采集任務，系統配置單元主要配置控制單元的網絡、總線通訊及傳感器信息。

作為優選，信息融合單元通過網絡總線單元和信息采集單元相連并接收信息采集單元的信息，信息融合單元包括圖像數據接收模塊、語音數據接收模塊、網絡數據接收模塊和運動數據接收模塊。信息融合單元通過各接收模塊接收信息采集單元采集的各種信息，然后進行融合，這種融合使用信息融合手段，比如嵌入約束法、證據組合法、人工神經網絡法等。

作為優選，控制CPU包括數字信號處理芯片，數字信號處理芯片通過網絡總線單元接收規劃CPU的數據信號，數字信號處理芯片連接信息預處理單元，信息預處理單元連接信息采集單元，數字信號處理芯片和數據存取單元相連，數字信號處理芯片連接有系統配置單元、電源單元和復位晶振電路。信息預處理單元將輸入的采集信息進行濾波、去噪預處理，并將提取的有效信息發送至網絡、總線單元。

作為優選，控制CPU的數字信息處理芯片通過數據總線和地址總線與可編程邏輯器件相連，數字信號處理芯片通過A/D轉換電路與信息采集單元相連。

作為優選，電源單元包括24V電壓輸入接口及依次連接的12V電壓轉換芯片、5V電壓轉換芯片和3.3V電壓轉換芯片，12V電壓轉換芯片還連接有-5V電壓轉換芯片，-5V電壓轉換芯片和5V電壓轉換芯片并行。

作為優選，網絡通訊單元包括并行的CAN驅動芯片、以太網控制芯片和串口通訊芯片，CAN驅動芯片、以太網控制芯片和串口通訊芯片的前和后均連接光電隔離芯片，光電隔離芯片。