[發明專利]一種遙操作機器人實時性控制系統及控制方法

在審

• 申請號: 202010629811.3
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111730596A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 翟文正
• 申請（專利權）人: 常州信息職業技術學院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 張賞

1.一種遙操作機器人實時性控制系統，其特征在于，包括上位機、實時目標機和遙操作機器人；

所述上位機設有圖形化上位機界面和人機控制接口，上位機用于將Matlab/Simulink模型編譯后分離為運行于上位機的Matlab/Simulink模型一和運行于實時目標機的Matlab/Simulink模型二；圖形化上位機界面用于輸入控制命令；Matlab/Simulink模型一用于根據實時目標機的反饋結果實時調整PID控制算法參數；

所述實時目標機用于運行Matlab/Simulink模型二，將上位機的控制命令轉換為遙操作機器人的動作指令；以及運算PID控制算法實時調整遙操作機器人的動作指令；

所述遙操作機器人用于根據遙操作機器人的動作指令執行相關動作，并將執行結果反饋至實時目標機。

2.根據權利要求1所述的一種遙操作機器人實時性控制系統，其特征在于，所述實時目標機包括實時計算CPU和IO板卡；

所述IO板卡用于實時目標機與上位機和遙操作機器人之間的數據傳輸；

所述實時計算CPU用于根據上位機的控制命令，通過運行Matlab/Simulink模型二得出遙操作機器人的動作指令；以及運算PID控制算法實時調整遙操作機器人的動作指令。

3.根據權利要求2所述的一種遙操作機器人實時性控制系統，其特征在于，所述IO板卡與上位機通過Ethernet，采用用戶數據報協議進行數據傳輸；

所述IO板卡與遙操作機器人通過Ethernet，采用SimuLink Real-Time和用戶數據報協議，以太網幀的形式進行數據傳輸。

4.根據權利要求2所述的一種遙操作機器人實時性控制系統，其特征在于，所述實時計算CPU具體用于，

根據控制命令利用Matlab/Simulink模型二計算主/從操縱器各關節電機的輸出力矩；

將主/從操縱器各關節電機的輸出力矩轉換成主/從操縱器各關節電機的預設電壓值；

將各關節電機的預設電壓值作為遙操作機器人的動作指令傳遞至IO板卡，通過IO板卡傳輸至遙操作機器人。

5.根據權利要求4所述的一種遙操作機器人實時性控制系統，其特征在于，所述實時計算CPU具體用于，

根據遙操作機器人反饋的執行結果，采用PID控制算法調節各關節電機的電壓值作為遙操作機器人的動作指令傳遞至IO板卡實時調整遙操作機器人：

其中，u_pd為關節電機的電壓值，K_p、K_d分別為比例項系數和積分項系數；e為偏差，表示關節電機的當前電壓值與預設電壓值之差，為偏差的變化率。

6.根據權利要求1所述的一種遙操作機器人實時性控制系統，其特征在于，所述遙操作機器人包括控制器和主/從操縱器；

所述主/從操縱器包括一個或多個具有多自由度的機械臂，機械臂的每個關節配備關節電機、關節減速器、編碼器、電位器和速度/加速度傳感器；所述控制器與關節電機、關節減速器、編碼器、電位器和速度/加速度傳感器相連接；

所述控制器用于接收遙操作機器人的動作指令經數模轉換后解析出各關節電機的輸出力矩和加速度，根據各關節電機的輸出力矩和加速度控制主/從操縱器各關節旋轉角度；以及，用于收集主/從操縱器各關節電機的當前電流值、當前電壓值、當前輸出力矩和當前轉速以及各關節的當前旋轉角度作為執行結果傳輸給實時目標機。