一种半身人形智能机器人及其控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种半身人形智能机器人及其控制系统，环境感知器把测量的环境信息发送到任务管理器，任务管理器基于上述环境信息和任务指令发布作业任务到上身运动规划器和底盘运动规划器，上身运动规划器基于上述作业任务生成机械臂关节角度序列发送到关节伺服控制器中，以完成作业任务，底盘运动规划器基于上述作业任务生成底盘电机转速序列发送到底盘电机控制器中，以完成作业任务。环境感知器、任务管理器、上身运动规划器、底盘运动规划器、关节伺服控制器和底盘电机控制器构成完整的半身人形智能机器人控制系统，实现了底盘与上身的统一控制，提高其便捷性，有利于市场推广；对半身人形智能机器人进行分层控制，提高系统可靠性与控制效率。

A half body humanoid intelligent robot and its control system

The present invention provides a half body humanoid intelligent robot and its control system. The environment sensor sends the measured environment information to the task manager. The task manager releases the task based on the above environment information and task instructions to the upper body motion planner and the chassis motion planner. The upper body motion planner is based on the above operation. The task generation manipulator joint angle sequence is sent to the joint servo controller to complete the task task. The chassis motion planner generates the chassis motor speed sequence based on the above task to send the disc motor controller to complete the task task. Environmental perceptron, task manager, upper body motion planner, chassis motion planner, joint servo controller and chassis motor controller constitute a complete half body intelligent robot control system, which realizes the unified control of the chassis and upper body, improves its convenience and is advantageous to the market promotion; the half body humanoid intelligent machine is used. The hierarchical control is carried out to improve the reliability and control efficiency of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种半身人形智能机器人及其控制系统
本专利技术涉及智能制造、机器人
，更具体地，涉及一种半身人形智能机器人及其控制系统。
技术介绍
智能机器人是当前热点研究方向之一，半身人形智能机器人，得益于其移动灵活、操作容易等技术特点，在服务机器人特别是室内服务机器人领域有广阔应用前景。当前，大多数机器人控制系统都是针对工业机器人，面向智能机器人的控制系统较少，专门针对半身人形智能机器人而开发的控制系统更是稀缺。当前多数半身人形智能机器人都分别采用两套控制系统，分别对机器人上身与移动底盘进行控制，一方面价格昂贵，另一方面操作不便。
技术实现思路
为了至少部分地克服现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种半身人形智能机器人及其控制系统。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种半身人形智能机器人控制系统，包括：用于测量环境信息的环境感知器、用于接收环境信息并且发布任务指令的任务管理器、用于生成机械臂关节角度序列的上身运动规划器、用于生成底盘电机转速序列的底盘运动规划器、用于控制机械臂关节角度的关节伺服控制器和用于控制底盘电机转速的底盘电机控制器；其中，所述任务管理器分别与所述环境感知器、所述上身运动规划器以及所述底盘运动规划器电连接；所述关节伺服控制器与所述上身运动规划器电连接；所述底盘电机控制器与所述底盘运动规划器电连接。其中，所述环境感知器包括用于检测半身人形智能机器人基座位置、朝向以及姿态的位姿检测单元、用于检测半身人形智能机器人视觉朝向和获取双目彩色图像的双目视觉单元、用于扫描测距的激光雷达单元、用于检测是否有障碍以及与障碍的距离的超声波测距单元、用于检测是否接触物体的触摸传感单元、用于检测半身人形智能机器人机械臂所受外力的方向与大小的外力测量单元以及信息传递单元；其中，所述信息传递单元分别与所述位姿检测单元、所述双目视觉单元、所述超声波测距单元、所述触摸传感单元、所述激光雷达单元以及所述外力测量单元电连接，所述信息传递单元与所述任务管理器电连接。其中，所述位姿检测单元包含GPS、电子罗盘以及第一陀螺仪，所述双目视觉单元包含双目彩色摄像头和第二陀螺仪。其中，所述任务管理器包括信息接收单元、任务调度单元、用于激光SLAM建图、视觉建图以及环境障碍检测的环境识别单元、用于搜索和识别任务物品的物品识别单元、用于识别半身人形智能机器人的绝对位置、朝向以及姿态的位置识别单元、用于检测任务物品与半身人形智能机器人的相对位置的物品定位单元；其中，所述信息接收单元分别与所述环境识别单元、所述物品识别单元、所述位置识别单元以及所述物品定位单元电连接；所述任务调度单元分别与所述环境识别单元、所述物品识别单元、所述位置识别单元、所述物品定位单元、所述上身运动规划器以及所述底盘运动规划器电连接。其中，还包括：用于显示系统状态和人机交互的液晶显示单元、用于与外部服务器通信、云计算、接收任务指令或者反馈半身人形智能机器人自身状态的网络接口单元、用于监控半身人形智能机器人运行状态的系统监控单元、保存用于完成任务所需的分解动作的动作存储单元、用于发送语音指令的语音识别单元以及用于接收外部控制器发送的任务指令和反馈半身人形智能机器人状态的外部通信单元；其中，所述任务调度单元分别与所述液晶显示单元、所述网络接口单元、所述系统监控单元、所述动作存储单元、所述语音识别单元以及所述外部通信单元电连接。其中，所述关节伺服控制器包括多个关节伺服控制单元；其中，一个所述关节伺服控制单元控制一个机械臂关节，以实现机械臂关节的位置闭环。其中，所述底盘电机控制器包括多个底盘电机控制单元；其中，一个所述底盘电机控制单元控制一个底盘电机，以实现底盘电机的转速控制。其中，所述任务管理器的处理器为工控机、微型计算机或者计算板卡。其中，所述上身运动规矩器和所述底盘运动规划器的处理器均为DSP或者ARM。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供一种半身人形智能机器人，包括权利要求1至9中任一项所述的半身人形智能机器人控制系统。综上，本专利技术提供一种半身人形智能机器人控制系统，环境感知器把测量的环境信息发送到任务管理器，任务管理器基于上述环境信息和任务指令发布作业任务到上身运动规划器和底盘运动规划器，上身运动规划器基于上述作业任务生成机械臂关节角度序列发送到关节伺服控制器中，以完成作业任务，底盘运动规划器基于上述作业任务生成底盘电机转速序列发送到底盘电机控制器中，以完成作业任务。环境感知器、任务管理器、上身运动规划器、底盘运动规划器、关节伺服控制器以及底盘电机控制器构成完整的半身人形智能机器人控制系统，实现了底盘与上身的统一控制，提高其便捷性，有利于市场推广；对半身人形智能机器人进行分层控制，提高系统可靠性与控制效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为根据本专利技术实施例的一种半身人形智能机器人控制系统的结构框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为根据本专利技术实施例的一种半身人形智能机器人控制系统的结构框图，如图1所示，包括：用于测量环境信息的环境感知器101、用于接收环境信息并且发布任务指令的任务管理器201、用于生成机械臂关节角度序列的上身运动规划器301、用于生成底盘电机转速序列的底盘运动规划器302、用于控制机械臂关节角度的关节伺服控制器401和用于控制底盘电机转速的底盘电机控制器402；其中，所述任务管理器201分别与所述环境感知器101、所述上身运动规划器301以及所述底盘运动规划器302电连接；所述关节伺服控制器401与所述上身运动规划器301电连接；所述底盘电机控制器402与所述底盘运动规划器302电连接。具体地，上身运动规划器301接收任务管理器201发送的半身人形智能机器人的作业任务，依据机器人运动学、动力学求解机械臂运动轨迹，生成各个机械臂关节角度序列，发送到关节伺服控制器401中，以完成作业任务。具体地，底盘运动规划器302接收任务管理器201发送的底盘移动任务和依据物理学运动学计算的移动路径以及在遇到障碍时的避障规划，底盘运动规划器302根据移动路径规划与车体参数，生成底盘各个电机转速序列，并发送到底盘电机控制器402中，以完成底盘移动任务。在本专利技术实施例中，环境感知器把测量的环境信息发送到任务管理器，任务管理器基于上述环境信息和任务指令发布作业任务到上身运动规划器和底盘运动规划器，上身运动规划器基于上述作业任务生成机械臂关节角度序列发送到关节伺服控制器中，以完成作业任务，底盘运动规划器基于上述作业任务生成底盘电机转速序列发送到底盘电机控制器中，以完成作业任务。环境感知器、任务管理器、上身运动规划器、底盘运动规划器、关节伺服控制器以及底盘电机控制器构成完整的半身人形智能机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半身人形智能机器人控制系统，其特征在于，包括：用于测量环境信息的环境感知器、用于接收环境信息并且发布任务指令的任务管理器、用于生成机械臂关节角度序列的上身运动规划器、用于生成底盘电机转速序列的底盘运动规划器、用于控制机械臂关节角度的关节伺服控制器和用于控制底盘电机转速的底盘电机控制器；其中，所述任务管理器分别与所述环境感知器、所述上身运动规划器以及所述底盘运动规划器电连接；所述关节伺服控制器与所述上身运动规划器电连接；所述底盘电机控制器与所述底盘运动规划器电连接。

【技术特征摘要】
1.一种半身人形智能机器人控制系统，其特征在于，包括：用于测量环境信息的环境感知器、用于接收环境信息并且发布任务指令的任务管理器、用于生成机械臂关节角度序列的上身运动规划器、用于生成底盘电机转速序列的底盘运动规划器、用于控制机械臂关节角度的关节伺服控制器和用于控制底盘电机转速的底盘电机控制器；其中，所述任务管理器分别与所述环境感知器、所述上身运动规划器以及所述底盘运动规划器电连接；所述关节伺服控制器与所述上身运动规划器电连接；所述底盘电机控制器与所述底盘运动规划器电连接。2.根据权利要求1所述的半身人形智能机器人控制系统，其特征在于，所述环境感知器包括用于检测半身人形智能机器人基座位置、朝向以及姿态的位姿检测单元、用于检测半身人形智能机器人视觉朝向和获取双目彩色图像的双目视觉单元、用于扫描测距的激光雷达单元、用于检测是否有障碍以及与障碍的距离的超声波测距单元、用于检测是否接触物体的触摸传感单元、用于检测半身人形智能机器人机械臂所受外力的方向与大小的外力测量单元以及信息传递单元；其中，所述信息传递单元分别与所述位姿检测单元、所述双目视觉单元、所述超声波测距单元、所述触摸传感单元、所述激光雷达单元以及所述外力测量单元电连接，所述信息传递单元与所述任务管理器电连接。3.根据权利要求2所述的半身人形智能机器人控制系统，其特征在于，所述位姿检测单元包含GPS、电子罗盘以及第一陀螺仪，所述双目视觉单元包含双目彩色摄像头和第二陀螺仪。4.根据权利要求1所述的半身人形智能机器人控制系统，其特征在于，所述任务管理器包括信息接收单元、任务调度单元、用于激光SLAM建图、视觉建图以及环境障碍检测的环境识别单元、用于搜索和识别任务物品的物品识别单元、用于识别半身人形智能机器人的绝对位置、朝向以及姿态的位置识别单元、用于检测任务物品与半身人形智能机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：左国玉，邱永康，刘洪星，卢佳豪，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11