[發明專利]一種雙足機器人的三層分布式控制系統

在審

• 申請號: 201810775243.0
• 申請日: 2018-07-16
• 公開（公告）號: CN108858195A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 董芹鵬;鄭隨兵;張穎;張旭龍
• 申請（專利權）人: 睿爾曼智能科技（北京）有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

1.一種雙足機器人的三層分布式控制系統，其特征在于，包括交互決策層、運動規劃層和硬件驅動層；

所述交互決策層用于多模態人機交互，發送控制指令到所述運動規劃層，并接收所述運動規劃層發送的數據；

所述運動規劃層用于接收并解析所述交互決策層發送的控制指令并下發給所述硬件驅動層，接收所述硬件驅動層反饋的數據，同時接收傳感器的信息并處理后發送給所述交互決策層；

所述硬件驅動層用于接收所述運動規劃層的控制指令，同時采集硬件數據并上傳給所述運動規劃層；

所述硬件驅動層包括電機驅動和數據采集，所述硬件驅動層執行以下步驟：

S11，接收所述運動規劃層的位置數據，根據PID控制算法給定電機轉速、轉動圈數和加速度；PID表示比例-積分-微分；

S12，采集硬件的編碼器位置、溫度、電壓和錯誤信息，反饋數據給所述運動規劃層。

2.根據權利要求1所述的分布式控制系統，其特征在于，所述的交互決策層、運動規劃層分別布置在一臺計算機上，計算機安裝在機器人頂部的控制柜內，計算機相互之間通過以太網口進行通訊；所述的硬件規劃層由雙足機器人腿部的所有關節內的驅動器系統組成，通過CAN總線與運動規劃層的計算機進行通訊；CAN表示控制器局域網絡。

3.根據權利要求1所述的分布式控制系統，其特征在于，所述的運動規劃層，外接激光雷達，獲取點云數據；外接姿態傳感器，獲取機器人質心位置姿態；連接機器人兩腿足底的六維力傳感器，獲取機器人足底受力與力矩；通過以太網口接收交互決策層控制指令；通過CAN總線向硬件驅動層發送指令及接收數據；CAN表示控制器局域網絡。

4.根據權利要求1或3所述的分布式控制系統，其特征在于，所述的運動規劃層實現的功能包括正逆運動學解算、動力學解算、指令解析和導航規劃；所述運動規劃層執行以下步驟：

S21，開機啟動后，運動規劃層進入自檢模式，檢測CAN設備、機器人關節ID和查詢機器人關節初始狀態，若發生錯誤，則將相應的錯誤代碼發送給所述交互決策層；ID表示識別號；

S22，接收所述運動規劃層發送的指令，并解析指令；

S23，若所述交互決策層發送的為導航指令，則所述運動規劃層根據地圖信息進行導航規劃，使機器人在行走路徑上避障；

S24，根據機器人行走路徑進行正逆運動學解算，計算出雙足機器人各關節在行走過程中的位置；

S25，根據姿態傳感器和六維力傳感器獲取的機器人姿態和足底力與力矩，進行動力學解算；

S26，將計算的各關節的位置發送給硬件驅動層，并獲取硬件驅動層反饋的數據；

S27，將硬件驅動層反饋的數據和激光雷達的點云數據打包后發送給交互決策層。

5.根據權利要求1所述的分布式控制系統，其特征在于，所述的交互決策層，外接麥克風陣列，進行語音拾取與語音合成交互；外接深度攝像頭，獲取彩色圖像和深度點云數據；通過以太網口向運動規劃層發送指令和接收數據。

6.根據權利要求1或5所述的分布式控制系統，其特征在于，所述的交互決策層實現的功能包括語音交互、視覺交互、三維仿真、界面交互和建圖導航；所述語音交互使用語音交互模塊進行中英文對話；所述視覺交互使用深度攝像頭，所述深度攝像頭獲取的彩色圖像用于人臉識別，所述深度攝像頭獲取的深度點云數據用于三維地圖建立和所述建圖導航；所述三維仿真獲取運動規劃層上傳的機器人關節角度并在三維模型中實時顯示機器人的姿態；所述界面交互集成于所述三維仿真內，用于控制機器人單關節運動、更改機器人關節ID和設置零點位置，并實時顯示機器人的關節角度、電壓、溫度、錯誤代碼和使能位標志。