[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于總線舵機(jī)的足式機(jī)器人控制系統(tǒng)及其控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910299925.3
• 申請(qǐng)日: 2019-04-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110069029A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀培;馮嘉鵬;唐聰慧;何振勇;黃志彬;孫洪超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣州市威控機(jī)器人有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/042
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/042
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝;何文聰

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于總線舵機(jī)的足式機(jī)器人控制系統(tǒng)及其控制方法，系統(tǒng)包括主控模塊、總線舵機(jī)和關(guān)節(jié)控制模塊，所述主控模塊分別與關(guān)節(jié)控制模塊和總線舵機(jī)相連接；所述主控模塊，用于分析數(shù)據(jù)估并對(duì)關(guān)節(jié)控制模塊發(fā)出控制指令；所述關(guān)節(jié)控制模塊，用于根據(jù)控制指令對(duì)總線舵機(jī)進(jìn)行控制；所述總線舵機(jī)，用于對(duì)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行控制。本發(fā)明通過(guò)總線舵機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)根據(jù)舵機(jī)的反饋監(jiān)測(cè)舵機(jī)，并且通過(guò)將主控模塊進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，使得機(jī)器人在增加功能時(shí)，只需要在上層應(yīng)用層進(jìn)行擴(kuò)展開(kāi)發(fā)，不需要對(duì)底層驅(qū)動(dòng)層進(jìn)行變動(dòng)，從而大大方便了機(jī)器人的功能擴(kuò)展。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于總線舵機(jī)的足式機(jī)器人控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

在自然界和人類(lèi)社會(huì)中，存在人類(lèi)無(wú)法到達(dá)的地方和可能危及人類(lèi)生命的特殊場(chǎng)合，如行星表面工地、礦井、防災(zāi)救援和反恐斗爭(zhēng)等，對(duì)這些環(huán)境進(jìn)行不斷的探索和研究，尋求一條解決問(wèn)題的可行途徑成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的需要。不規(guī)則和不平坦的地形是這些環(huán)境的共同特點(diǎn)，使輪式機(jī)器人和履帶式機(jī)器人的應(yīng)用受到限制。而足式機(jī)器人是一種離散的落腳點(diǎn)的方式，可以適應(yīng)復(fù)雜多變的地形，其多肢體、多自由度的設(shè)計(jì)可以使其根據(jù)作業(yè)要求“主動(dòng)”調(diào)節(jié)身體高度，以保證身體的平衡穩(wěn)定性。與此同時(shí)，當(dāng)一個(gè)肢體在作業(yè)中發(fā)生故障問(wèn)題，足式機(jī)器人依然能夠繼續(xù)運(yùn)作，也就是說(shuō)，它具備一個(gè)“容錯(cuò)性”，而這時(shí)輪式、履帶式機(jī)器人沒(méi)有的一個(gè)特性。因此足式機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的靈活性以及環(huán)境的適應(yīng)性上比之輪式、履帶式機(jī)器人擁有更為顯著的優(yōu)勢(shì)。

目前足式機(jī)器人常使用舵機(jī)作為的關(guān)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。舵機(jī)是由外殼、電機(jī)、減速齒輪組、傳感器、控制電路和接口線纜組成的伺服系統(tǒng)。按控制電路中是否有微處理器和晶振，又可以將舵機(jī)分為模擬舵機(jī)和數(shù)字舵機(jī)。模擬舵機(jī)和數(shù)字舵機(jī)均是接收脈寬可調(diào)的脈沖波來(lái)控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)角，周期為20ms，脈寬是0.5ms～2.5ms，脈寬為1.5ms對(duì)應(yīng)舵機(jī)的中位，小于1.5ms脈寬的脈沖舵機(jī)正轉(zhuǎn)，大于1.5ms脈寬的脈沖舵機(jī)反轉(zhuǎn)。在機(jī)器人中使用傳統(tǒng)的模擬舵機(jī)和數(shù)字舵機(jī)都有以下不足：(1)沒(méi)有位置反饋，無(wú)法檢測(cè)舵機(jī)是否到達(dá)目標(biāo)位置(2)沒(méi)有電流反饋，機(jī)器人在撞擊障礙物情況下，舵機(jī)堵轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電流過(guò)大，發(fā)熱高，容易燒壞舵機(jī)(3)不能設(shè)置舵機(jī)轉(zhuǎn)速，無(wú)法實(shí)現(xiàn)柔性控制；(4)抗擾動(dòng)性能差，當(dāng)各種擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)，舵機(jī)偏離了原來(lái)位置后，系統(tǒng)才開(kāi)始調(diào)節(jié)，導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)量大、抖動(dòng)大。(5)當(dāng)輸入信號(hào)變化小時(shí)，存在響應(yīng)慢或無(wú)反應(yīng)的問(wèn)題(6)傳統(tǒng)模擬舵機(jī)和數(shù)字舵機(jī)需要主控MCU的I/O引腳發(fā)出脈沖控制，由多關(guān)節(jié)(舵機(jī))組成的控制系統(tǒng)中，需要占用MCU太多硬件資源；(7)由多臺(tái)舵機(jī)甚至十幾臺(tái)傳統(tǒng)舵機(jī)組成復(fù)雜舵機(jī)控制系統(tǒng)中，每個(gè)舵機(jī)的連接線均需直接連接到主控板的對(duì)應(yīng)插口中，舵機(jī)的走線雜亂纏繞，不僅不美觀，且在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，舵機(jī)連接線常出現(xiàn)割斷、接口松動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致舵機(jī)失控(8)使用傳統(tǒng)舵機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)器人主控板的最大可控舵機(jī)數(shù)量，在設(shè)計(jì)PCB板時(shí)必須預(yù)留出一定數(shù)量的接口，可擴(kuò)展性差(9)在舵機(jī)組成的機(jī)器人中，主板板占用空間大。如典型的足式機(jī)器人，六足機(jī)器人，常使用18～24個(gè)舵機(jī)，機(jī)器人控制板上需要18～24個(gè)舵機(jī)插口，18～24條舵機(jī)連接線雜亂纏繞，占用空間大，不利于安裝調(diào)試、不利于機(jī)器人控制系統(tǒng)的小型化。

而且目前足式機(jī)器人的控制系統(tǒng)一般采用集中控制系統(tǒng)，即機(jī)器人的所有功能都集中在一個(gè)主控板里實(shí)現(xiàn)，這樣的優(yōu)勢(shì)是充分利用了主控板的資源，信息采集方便。但是隨著機(jī)器人的功能越來(lái)越復(fù)雜，主控板的處理能力會(huì)成為功能升級(jí)的瓶頸，功能的升級(jí)常需要重新設(shè)計(jì)整個(gè)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)更新時(shí)間長(zhǎng)，工作量大。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種基于總線舵機(jī)的足式機(jī)器人控制系統(tǒng)及其控制方法。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于總線舵機(jī)的足式機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括主控模塊和總線舵機(jī)，所述總線舵機(jī)包括有關(guān)節(jié)控制模塊，所述主控模塊與總線舵機(jī)中的關(guān)節(jié)控制模塊相連接；

所述主控模塊，用于分析數(shù)據(jù)估并對(duì)關(guān)節(jié)控制模塊發(fā)出控制指令；