[發明專利]基于虛擬仿真與Linux操作系統的機器人硬實時控制系統

在審

• 申請號: 201910564128.3
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110328663A
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 張小俊;趙健;孫凌宇;張明路
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;H04L12/40;H04L29/06;H04L29/08
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

本發明涉及一種基于虛擬仿真與Linux操作系統的機器人硬實時控制系統,包括Unity3D虛擬仿真系統、Linux系統工控機和伺服電機驅動器，所述Unity3D虛擬仿真系統通過Socket網絡與Linux系統工控機相連接進行數據通信，所述Linux系統工控機通過CAN網絡與伺服電機驅動器進行數據通信，該Linux系統工控機采用Xenomai內核補丁對Linux內核實時擴展的Linux實時操作系統。本發明以Unity虛擬仿真系統作為上位機，以Linux系統工控機作為下位機，使用UDP通訊協議進行上位機和下位機的數據傳輸，通過Can總線實現下位機與伺服電機的通訊，從而實現遠程控制機器人的工作狀態與運動功能，并根據數據反饋有效監測機器人實時運動姿態，保證了機器人運動的強實時性，具有成本低、擴展性好的優點。

技術領域

本發明屬于機器人控制技術領域，尤其是一種基于虛擬仿真與Linux操作系統的機器人硬實時控制系統。

背景技術

目前，虛擬現實技術是仿真技術的一個重要方向，運用于生產生活等諸多領域，特別是機器人技術和虛擬仿真技術的結合，提供了建設性的指導經驗。虛擬現實技術可以模擬實時動態的環境以及三維實體，通過搭建虛擬場景，模擬實際生產中工業機器人的具體位姿和運動軌跡，設計虛擬場景的交互界面，實現仿真系統的控制與監控。將機器人技術和虛擬現實技術相結合是當今科技革新的熱點之一。

實時系統是能夠在確定的時間內執行計算或處理事務并對外部事件做出響應的計算機系統。實時性對于機器人尤其是遠程控制機器人的研究具有重要意義，目前機器人實時控制系統主要有RTOS+Linux雙系統、VxWorks操作系統等。RTOS+Linux雙系統需要額外設計系統間的通訊，開發及調試的難度比較高，VxWorks技術成熟，廣泛運用于航空、軍事等高端領域，但成本昂貴。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種設計合理、實時性強且準確可靠的基于虛擬仿真與Linux操作系統的機器人硬實時控制系統。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種基于虛擬仿真與Linux操作系統的機器人硬實時控制系統，包括Unity3D虛擬仿真系統、Linux系統工控機和伺服電機驅動器，所述Unity3D虛擬仿真系統通過Socket網絡與Linux系統工控機相連接進行數據通信，所述Linux系統工控機通過CAN網絡與伺服電機驅動器進行數據通信，該Linux系統工控機采用Xenomai內核補丁對Linux內核實時擴展的Linux實時操作系統。

所述Unity3D虛擬仿真系統包括：通過Socket網絡通信Udp協議搭建的指令發送模塊與數據接收模塊、控制機器人各種運動模式的指令計算模塊、顯示機器人當前運動狀態的三維顯示模塊以及顯示機器人各關節當前工作狀態的數據顯示模塊。

所述Unity3D虛擬仿真系統通過無線路由器與Linux系統工控機相連接。

所述Linux系統工控機包括安裝在工控機上的多個CAN卡、ADAM數據采集卡、Linux實時操作系統以及硬實時控制系統；所述多個CAN卡通過CAN網絡與伺服電機驅動器相連接；所述ADAM數據采集卡通過RS485總線與外部傳感器相連接。

所述外部傳感器為接近開關和磁導航傳感器。

所述硬實時控制系統包括通過Socket網絡通信Udp協議實現的機器人與移動平臺的運動指令接收模塊和機器人與移動平臺工作數據反饋模塊、采集傳感器數據模塊、機器人與運動平臺的伺服電機的運動參數計算模塊、通過Xenomai內核調用RTDM的上層接口與實時驅動

模塊rtcan創建CAN卡與伺服電機的通信連接模塊。

所述伺服電機驅動器與機器人上的伺服電機相連接。

所述機器人上的伺服電機包括機器人手臂上的伺服電機以及移動平臺輪胎上的伺服電機。