[發明專利]一種機器人全向運動控制系統

在審

• 申請號: 201710942611.1
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107571259A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 張濤;蔡陽春;鄧卓;劉明;王遠志;郭璁;阮進;陳鵬
• 申請（專利權）人: 深圳市普渡科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種機器人全向運動控制系統，其特征在于所述硬件執行機構包括多個無刷電機構成的全向運動機構以及硬件驅動平臺：（1）所述多個無刷電機構成的全向運動機構實現機器人的方向以及速度控制，機器人為四腿機器人，每條腿由兩個無刷電機構成，其中一個無刷電機用于控制對應的另外一個無刷電機的速度方向，另外一個無刷電機用于控制機器人單個腿的速度，包括前進速度以及后退速度；（2）所述硬件驅動平臺包含中樞控制平臺和電機控制系統，中樞控制平臺接收外部控制器輸入的機器人整體的運動方向以及運動速度信息，負責把機器人整體的速度和方向信息按照選擇的模式解析成各個電機需要達到的位置、速度信息，并通過CAN總線下發給各個獨立的電機控制系統，電機控制系統負責采集電機的位置、速度以及力矩信息，接收中樞控制平臺下發的獨立控制指令，采用PID算法，精確控制電機的位置、速度，同時電機控制系統負責上報電機的位置、速度以及力矩信息給中樞控制平臺，再通過中樞控制平臺輸出信息給外部控制器；

一種如權利要求1所述的機器人全向運動控制系統，其特征在于所述軟件控制方法，包括以下內容：（1）所述中樞控制根據選擇的運動模式解析外部控制器輸入的機器人整體的方向以及速度信息，外部控制器輸入的機器人整體的方向以及速度信息的格式為(ν, α, ?),其中ν指的機器人整體下一時刻的目標速度，α指的機器人整體下一時刻的目標角速度或者轉彎半徑，?指的是機器人的運動模式，中樞控制器解析后下發的數據為(νn, θn)(n=1,2,3,4)，θ指的機器人四腿分別對應的方向控制的無刷電機速度；（2）所述無刷電機根據下發的解析后的控制命令進行PID控制，負責接收中樞控制器下發的(νn, θn)(n=1,2,3,4)的控制指令進行響應，對于方向控制的無刷電機驅動電路，采用PID控制器響應控制指令中的θn(n=1,2,3,4)；對于速度控制的無刷電機驅動電路，采用PID控制器響應控制指令中的νn(n=1,2,3,4)，如此協調響應，保證機器人的全向運動。

2.如權利2要求的所述中樞控制根據選擇的運動模式解析外部控制器輸入的機器人整體的方向以及速度信息，其特征在于根據不同的運動模式對機器人的目標速度和方向解析方式不同，以適應不同的環境：

（1）在模式1中，根據外部控制器輸入的機器人整體的方向以及速度信息的格式為(ν, α, 1)(α指的機器人整體下一時刻的目標角速度)解析后，機器人四腿的方向控制的無刷電機的目標速度θn(n=1,2,3,4) =α，機器人四腿的速度控制的無刷電機的目標速度vn(n=1,2,3,4) = ν，電機控制系統根據CAN總線收到的目標角度以及目標速度采用PID穩定控制；

（2）在模式2中，根據外部控制器輸入的機器人整體的方向以及速度信息的格式為(ν, α, 2)(α此時指的機器人整體下一時刻的目標轉彎半徑)解析后，機器人四腿的方向控制的無刷電機的目標速度θn(n=1,2,3,4) =0，機器人四腿的速度控制的無刷電機的目標速度可以根據如下方式計算得到：

νr + vl = 2*ν

vr - vl = v / α

計算得到：

vr = v + (v*L)/(2*α)

vl = v - (v*L)/(2*α)

所以，vn(n=1,3) = νl，vn(n=2,4) = νr。

3.電機控制系統根據CAN總線收到的目標角度以及目標速度采用PID穩定控制；

如權利要求1的所述一種機器人全向運動控制系統，該系統的搭建步驟如下：

（1）搭建硬件執行平臺，所述硬件執行機構8個無刷電機構成的全向運動機構以及硬件驅動平臺；

（2）中樞控制根據選擇的運動模式解析外部控制器輸入的機器人整體的方向以及速度信息，并通過CAN總線下發給各個獨立的電機控制系統；

（3）電機控制系統接收中樞控制單元下發單個電機的方向以及速度信息，采用PID控制方法，精準控制電機的方向和速度;

（4）電機控制系統采集各個電機單元的位置（即角度信息）以及速度信息，通過CAN總線上發給中樞控制單元，然后中樞控制單元反饋給外部控制器。