[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

本發明公開了一種雙足機器人的三層分布式控制系統，屬于機器人控制技術領域。本發明系統包括交互決策層、運動規劃層和硬件驅動層；交互決策層用于人機交互，發送控制指令到運動規劃層，運動規劃層接收并解析交互決策層發送的控制指令并下發給硬件驅動層，硬件驅動層接收運動規劃層的控制指令，同時采集硬件數據并上傳給運動規劃層。三層分布式控制系統分別運行在兩臺計算機和驅動芯片上，三層相互協作，互不依賴。本發明的三層系統均獨立實現，耦合度低，開發便捷，可以實時采集周圍環境數據并且控制機器人做出相應動作，不需要進行大量的編程準備，在一定程度上大大提高了系統效率。

技術領域

本發明涉及機器人及其控制系統技術領域，尤其涉及一種雙足機器人的三層分布式控制系統。

背景技術

現有的機器人的控制系統中，通常采用集中式系統，控制功能都高度集中在一臺服務器或者主機上，所有的功能及處理任務都由服務器或者主機集中處理。但是，在實際應用中，集中式系統不能滿足具有更龐大功能需求的機器人控制領域，客戶需要具有分布處理能力的、完整一體化的分布式系統。

分布式系統是若干計算機的集合，內部由通信網絡實現，以通信為網絡基礎。整個分布式系統采用獨立工作或者合作工作兩種方式，各個操作主機可以并行操作以及分布控制。

分布式系統與傳統的通信網絡相比具有一定的優越性：

1)分布式系統中各個操作主機并行操作，意味著實現了在物理性質上的獨立性以及在邏輯性質上的合作性；

2)分布式系統具有較高的可靠性，當系統中一臺或者多臺主機發生故障時，其余獨立的主機可以自行修復，重新構成和原系統功能一致的系統，使整個分布式系統自動調節恢復到故障前狀態。

近年來，雙足機器人得到了廣泛地應用，傳統的技術方法采用操作人員離線編程引導的方式控制機器人，機器人重復地執行存儲在內存單元中的程序，完成所要求的操作動作，這種控制方式對機器人限制性極強，不具備實時性，對外界信息變化的感知能力不足，不能夠根據環境的變化對操作行為進行相應的調整，同時大量的功能需要大量的編程準備時間，在一定程度上大大降低了系統效率。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種機器人三層分布式控制系統，可以實時采集周圍環境數據并且控制機器人做出相應動作，提高了系統效果。

本發明提供的一種雙足機器人的三層分布式控制系統，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，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(比例-積分-微分)控制算法給定電機轉速、轉動圈數和加速度；

S12，采集硬件的編碼器位置、溫度、電壓和錯誤信息，反饋數據給所述硬件驅動層。

進一步地，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。所述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，所述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。

S22，接收所述運動規劃層發送的指令，并解析指令；