用于机器人控制器设计的控制性能评估系统及其使用流程技术方案

本发明专利技术公开了一种用于机器人控制器设计的控制性能评估系统及其使用流程，包括机器人，机器人上设置有状态测量模块，还包括固定在测量场地的位置测量模块以及数据接收与处理模块；状态测量模块监测机器人的运动状态；位置测量模块监测机器人的空间位置；数据接收与处理模块接收数据显示、控制器性能分析；本发明专利技术工作时将轮式机器摆放到期望行驶轨迹的原点，将三个位置测量模块模组摆放到期望行驶轨迹外侧三点，系统上电；接着，开启轮式机器人控制器，在控制器控制下，轮式机器人沿期望轨迹行驶，得到轮式机器人的轨迹跟踪误差，实现轮式机器人控制器开发过程中的位置、状态信息、控制器内部信息的发送，控制精度评估，以及数据存储与调用。

Control performance evaluation system for robot controller design and its application process

The invention discloses a control system for performance evaluation of robot controller design and its application process, including the robot, the robot is provided with a measuring module, also includes a position measurement module is fixed on the measuring site and data receiving and processing module; motion state measurement module monitoring robot; spatial position measurement module monitoring robot; data receiving and processing module receives the data display, controller performance analysis; the invention will be wheeled machine origin the desired trajectory, three position measurement module placed in the desired trajectory outside three, power system; then, open wheeled robot controller, the controller under the control of the wheeled robot the desired trajectory tracking error are driving trajectory, realize the wheel The position and state information of the robot controller, the transmission of the internal information of the controller, the evaluation of control precision, and the storage and call of the data.

【技术实现步骤摘要】
用于机器人控制器设计的控制性能评估系统及其使用流程
本专利技术涉及控制性能评估系统领域，具体涉及一种用于机器人控制器设计的控制性能评估系统及其使用流程。
技术介绍
轮式机器人的执行机构为车轮，一般由固连在其上的电机驱动，是一种应用极为广泛的机器人，在工业领域、航天领域有着极为广泛的应用。特别，随着近些年，儿童教育的兴起，轮式机器人广泛地应用于儿童早教机构、儿童机器人编程竞技。在此领域，一般要求轮式机器人跟踪期望轨迹，评价轮式机器人控制器控制性能的准则一般为跟踪期望轨迹的误差和跟踪速度。当前，在轮式机器人的控制器设计中，尤其是期望行驶轨迹跟踪的控制器设计中，采用基于经验的设计方式，即完成控制器软件设计后，将轮式机器人放置于测量场地，使其跟踪期望轨迹，观测轮式机器人的行驶速度、跟踪误差，根据人的主观测结构调整控制器结构、标定控制参数。使用上述基于主观观测的调整方式，既不能定量分析轮式机器人的运行速度、期望行驶轨迹跟踪误差，又不能获取控制器状态机器人如计算的跟踪误差、控制输出机器人，导致控制器设计效率较低，控制精度不能提高，不能最大化发挥轮式机器人运动速度、轨迹跟踪潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种用于轮式机器人控制器设计的控制性能评估系统，实现轮式机器人控制器开发过程中的位置、状态信息、控制器内部信息的发送，控制精度评估，以及数据存储与调用。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：一种用于机器人控制器设计的控制性能评估系统，包括机器人，所述机器人上设置有状态测量模块，还包括固定在测量场地的位置测量模块以及数据接收与处理模块；所述状态测量模块监测机器人的运动状态；所述位置测量模块监测机器人的空间位置；所述数据接收与处理模块接收数据显示、控制器性能分析。进一步地，所述机器人为轮式机器人。进一步地，所述状态测量模块设有测量机器人的三轴加速度信号的惯性传感器；所述状态测量模块还设有速度、方向计算模块；所述状态测量模块还设有控制器接口，以采集控制器内部状态，计算的机器人位置信号、轨迹跟踪误差、控制输出；所述状态测量模块还设有与数据接收与处理模块无线通信的无线通信接口，发送机器人的状态、控制器状态信息；状态测量模块固定在轮式机器人上，其模组构成与对应的功能如下：1)具有陀螺仪模组，用于采集轮式机器人的三个轴向加速度、三个转向角速度；2)具有无线数据收发模组，用于向位置测量模块发送无线数据，以定位轮式机器人在测量场地中的位置；3)具有电源管理模组，用于将输入电源调整为与各个模组匹配的电源；4)具有与轮式机器人控制器通信的接口，用于采集轮式机器人控制器内部状态，如计算的期望轨迹跟踪误差、计算的轮式机器速度、控制器输出的控制量；5)具有单片机，用于采集陀螺仪输出信号，采集控制器输出的状态，并将数据打包，发送到数据接收与处理模块。进一步地，所述用于测量机器人在测试场地中位置的位置测量模块，包括相同结构、放置于不同位置的多个模块，每个模块均具有无线信号接收功能，且能够以较高地精度输出接收信号的强度，多个模块通过高速总线互连，传递接收的信号强度，基于多个模块的信号强度信息，计算机器人的位置，并通过总线传递给数据接收与处理模块；位置测量模块由三个硬件结构相同的模块构成，固定在测试场地上，其模组构成与对应的功能如下：1)具有无线数据收发模组，用于接收状态测量模块发送的无线数据，并测量接收强度；2)具有总线接口，用于将接收到无线数据、测量的信号强度发送给另外两个位置测量模块；3)其中一个位置测量模块具有轮式机器人位置计算功能，即根据三个位置测量模块接收到地无线信号强度，通过三角定位方法，计算轮式机器人位置。进一步地，所述位置测量模块在同一圆周上均匀分布。进一步地，所述位置测量模块数量为三个。进一步地，所述数据接收与处理模块接收状态测量模块输出的机器人的速度、控制器内部状态数据；所述数据接收与处理模块还接收位置测量模块输出的机器人位置信息，并实时显示机器人在测试场地上运动位置和状态；所述数据接收与处理模块还显示机器人轨迹跟踪精度、速度、控制器内部数据；数据接收与处理模块通过总线连接计算机，具有人机交互界面，其模组构成与对应的功能如下：1)具有无线数据收发模组，用于状态测量模块发送的轮式机器人状态信息和位置测量模块发送的轮式机器人位置信息；2)具有人机交互界面，用于实时显示轮式机器轨迹跟踪误差、轮式机器人运动速度、轮式机器人。进一步地，所述数据接收与处理模块还存储与调用测量数据。本专利技术的轮式机器人控制器控制性能评估系统的使用流程。1)将状态测量模块固定在轮式机器人上，并且将连接轮式机器人控制器的通信接口，以读取控制器状态。2)将位置测量模块测量模块固定到测试场地中，分别固定到测试场地的三个位置，要求所有的测量模块均在期望轨迹的外侧，以提高位置测量精度，并且连接各个位置测量模块的通信总线，用于传输无线信号接收强度。3)将数据接收与处理模块通过总线连接到电脑上，以将接收和处理之后的数据传输到电脑人机交互界面上，用于轮式机器人运动状态、跟踪误差、控制量的实时显示。4)为控制性能评估系统上电。5)在电脑人机交互界面上可以观察到状态测量模块、位置测量模块的连接状态，并且可以显示轮式机器人的位置之后，证明通信已经可靠连接。6)将轮式机器人放置于期望行驶轨迹的原点，在电脑的人机交互界面上，设置为原点，即将位置归零。7)使能轮式机器人控制器，在其控制下，沿期望行驶轨迹行驶。8)在电脑人机交互界面上，观察轮式机器人的实时运动轨迹、跟踪误差、运动速度等信息，作为评估轮式机器人控制器控制性能的依据。9)在电脑人机交互界面上，存储测试数据。并且在电脑人机交互界面上，可以调出以前的测试数据，用于数据对比分析。本专利技术的有益效果是：实现轮式机器人控制器开发过程中的位置、状态信息、控制器内部信息的发送，控制精度评估，以及数据存储与调用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所述性能评估系统的组成示意图；图2为本专利技术所述机器人的结构示意图；图3为本专利技术所述状态测量模块结构图；图4为本专利技术所述状态测量模块与控制器的通信接口；图5为本专利技术所述测量模块程序流程图；图6为本专利技术所述测量测量模块硬件结构图；图7为本专利技术所述测量模块程序流程图；图8为本专利技术所述数据接收与处理模块硬件结构图；图9为本专利技术所述数据接收与处理程序流程图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1-机器人，2-状态测量模块，3-位置测量模块，4-数据接收与处理模块。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1-9所示，本专利技术为一种用于机器人控制器设计的控制性能评估系统，其特征在于：包括机器人1，机器本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于机器人控制器设计的控制性能评估系统，其特征在于：包括机器人(1)，所述机器人(1)上设置有状态测量模块(2)，还包括固定在测量场地的位置测量模块(3)以及数据接收与处理模块(4)；所述状态测量模块(2)监测机器人的运动状态；所述位置测量模块(3)监测机器人的空间位置；所述数据接收与处理模块(4)接收数据显示、控制器性能分析。

【技术特征摘要】
1.用于机器人控制器设计的控制性能评估系统，其特征在于：包括机器人(1)，所述机器人(1)上设置有状态测量模块(2)，还包括固定在测量场地的位置测量模块(3)以及数据接收与处理模块(4)；所述状态测量模块(2)监测机器人的运动状态；所述位置测量模块(3)监测机器人的空间位置；所述数据接收与处理模块(4)接收数据显示、控制器性能分析。2.根据权利要求1所述的用于机器人控制器设计的控制性能评估系统，其特征在于：所述机器人(1)为轮式机器人。3.根据权利要求1所述的用于机器人控制器设计的控制性能评估系统，其特征在于：所述状态测量模块(2)设有测量机器人的三轴加速度信号的惯性传感器；所述状态测量模块(2)还设有速度、方向计算模块；所述状态测量模块(2)还设有控制器接口，以采集控制器内部状态，计算的机器人位置信号、轨迹跟踪误差、控制输出；所述状态测量模块(2)还设有与数据接收与处理模块(3)无线通信的无线通信接口，发送机器人的状态、控制器状态信息。4.根据权利要求1所述的用于机器人控制器设计的控制性能评估系统，其特征在于：所述用于测量机器人在测试场地中位置的位置测量模块(3)，包括相同结构、放置于不同位置的多个模块，每个模块均具有无线信号接收功能，且能够以较高地精度输出接收信号的强度，多个模块通过高速总线互连，传递接收的信号强度，基于多个模块的信号强度信息，计算机器人的位置，并通过总线传递给数据接收与处理模块(4)。5.根据权利要求4所述的用于机器人控制器设计的控制性能评估系统，其特征在于：所述位置测量模块(3)在同一圆周上均匀分布。6.根据权利要求4所述的用于机器人控制器设计的控制性能评估系统，其特征在于：所述位置测量模块(3)数量为三个。7.根据权利要求1所述的用于机器人控制器设计的控制性能评估系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泽鹏，杨鹏举，
申请(专利权)人：上海贝乐文化传播有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31