一种双足机器人控制系统及双足机器人技术方案

本发明专利技术公开了一种双足机器人控制系统，包括：集成主控模块，用于接收用户指令、视觉处理、对机器人进行步态规划、实时监测机器人的位姿并进行反馈控制；半集成辅助控制模块，与集成主控模块连接，用于控制系统电源管理，实时接收集成主控模块的步态规划信号并转成机器人驱动信号；视觉模块，与集成主控模块连接，用于获取图像信息给予机器人步态规划的视觉帮助；IMU惯性测量模块，与集成主控模块连接，用于测量运行中机器人的位姿信息并反馈给集成主控模块。本发明专利技术由集成主控模块和半集成辅助控制模块配合控制，分工明确，控制功能更加全面，能裁剪控制系统在机器人控制数据传输上耗费的时间，且能实时进行机器人运动状态的反馈和显示。

【技术实现步骤摘要】
一种双足机器人控制系统及双足机器人
本专利技术涉及机器人控制
，具体涉及一种双足机器人控制系统及双足机器人。
技术介绍
双足机器人是机器人领域的重要分支，双足机器人具有类人的外观与结构，能够根据不同路面状况调整自身各关节的转角，能够在非平整路面或有障碍物等复杂路面根据需要实现步态的切换，灵活自如的完成躲避障碍物、跨越沟壑、上下楼梯、爬坡等任务，可以很好的适应人类的生活，可以替代人类从事危险环境中的工作以及一些繁重、重复性工作。双足机器人系统是一个多输入多输出的非线性复杂时变系统，具有多自由度、多驱动器和多传感器，且各传感器信号存在相关性和不一致性，这给双足机器人控制带来很大难题，对控制系统要求很高。国内外的许多科研机构均对双足机器人进行广泛研究，双足机器人控制系统研制也取得一定成就。诸多机器人公司，如本田公司、索尼公司等，采用了过多的专用微处理器、软硬件平台和开发语言，导致其控制成本过高，阻碍进入日常生产生活。目前，双足机器人大多控制系统是上下位机的控制模式，一个嵌入式功能板的上位机，外加一个MCU为核心的DSP控制器的下位机，上下位机采用CAN总线的连接方式，上位机运行实时操作系统，负责多任务调度和执行，通过CAN总线向下位机DSP控制器发送协议控制指令和参数，接收下位机DSP控制器返回机器人运行状态参数。接下来，上位机处理接收到的数据，结合机器人初始步态和新规划步态，指示机器人下一个动作，保证机器人实际和预期规划的运动始终处于允许偏差范围内，实现机器人平稳运动和完成预期功能。下位机DSP控制器接收上位机发送控制指令和参数，按既定协议进行转换、解释，结合关节控制器完成对机器人关节电机的控制，还将机器人关节状态参数采集反馈给上位机。这种控制系统尽管减少控制成本，但是控制系统速度比较慢，首先上位机发送协议控制指令和参数给下位机，下位机接收指令，然后转换解释，接着发送电机控制指令，接下来还需要发送读取电机状态参数的指令，接收电机状态参数，然后还需要转换解释，接着发往上位机，上位机运行步态规划程序，进入下一轮循环。上位机运行速度相比较下位机运行速度是快速的，但是上位机的运行速度被下位机一次次接收指令存储指令发送指令耗费时间拉慢，上位机能力没有很好的发挥。而且双足机器人若要实现动态行走或者准动态行走，需要大量步态数据，一组步态数据间隔时间很短，这种控制系统固有缺陷不能满足这种步态规划方法。
技术实现思路
为了解决现有的双足机器人控制系统存在的上述问题，本专利技术提出了一种基于标准化软硬件开发、标准化的操作系统及开发语言，较低成本的双足机器人控制系统，由集成主控模块和半集成辅助控制模块配合控制，裁剪控制系统在机器人控制数据传输上耗费的时间，使得控制系统能够满足双足机器人的动态和准动态步行要求。集成主控模块和半集成辅助控制模块分工明确，相互配合，控制功能更加全面，且能实时进行机器人运动状态的反馈和显示。本专利技术还提供了一种包含上述双足机器人控制系统的双足机器人。本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：一种双足机器人控制系统，包括：集成主控模块，用于接收用户指令、视觉处理、对机器人进行步态规划、实时监测机器人的位姿并进行反馈控制；半集成辅助控制模块，与集成主控模块连接，用于控制系统电源管理，实时接收集成主控模块的步态规划信号并转成机器人驱动信号；视觉模块，与集成主控模块连接，用于获取图像信息给予机器人步态规划的视觉帮助；IMU惯性测量模块，与集成主控模块连接，用于测量运行中机器人的位姿信息并反馈给集成主控模块。本专利技术优选的，还包括语音模块，所述语音模块与集成主控模块连接，用于获取用户的语音指令并发送至集成主控模块。本专利技术优选的，还包括无线模块，所述无线模块与集成主控模块连接，用于实现集成主控模块与机器人远程监控端之间的信号传输。本专利技术优选的，所述集成主控模块还用于进行语音处理和无线信号发射。本专利技术优选的，还包括机器人运行控制显示模块，所述机器人运行控制显示模块与半集成辅助控制模块连接，用于向用户展示机器人运行状态以及提供手动控制机器人运行模式。本专利技术优选的，还包括距离测量模块，所述距离测量模块与半集成辅助控制模块连接，用于测量机器人视觉角度盲区内物体的距离。本专利技术优选的，所述半集成辅助控制模块还用于将机器人执行机构的反馈信号、机器人手动控制信号和距离测量模块测得的距离信息实时反馈给集成主控模块，以及监测机器人状态信号并传递给机器人运行控制显示模块。本专利技术优选的，所述集成主控模块包括集成主控模块系统以及分别与集成主控模块系统连接的视觉处理单元、语音处理单元、步态生成单元、位姿处理单元和无线发射单元。本专利技术优选的，所述半集成辅助控制模块包括半集成辅助控制MCU以及分别与半集成辅助控制MCU连接的机器人执行机构驱动单元和系统电源管理模块。本专利技术还提供了一种双足机器人，包括双足机器人执行机构以及上述所述的双足机器人控制系统。本专利技术的有益效果是：本专利技术是基于标准化软硬件开发、标准化的操作系统及开发语言，较低成本的双足机器人控制系统，由集成主控模块和半集成辅助控制模块配合控制，裁剪控制系统在机器人控制数据传输上耗费的时间，使得控制系统能够满足双足机器人的动态和准动态步行要求。集成主控模块和半集成辅助控制模块分工明确，相互配合，控制功能更加全面，且能实时进行机器人运动状态的反馈和显示。附图说明图1为本专利技术双足机器人控制系统的系统原理图。图2为本专利技术双足机器人控制系统的集成主控模块示意图。图3为本专利技术双足机器人控制系统的半集成辅助控制模块示意图。图4为本专利技术双足机器人控制系统的机器人运行控制显示模块示意图。图5为本专利技术双足机器人控制系统的距离测量模块布点示意图。图中，1、集成主控模块，2、半集成辅助控制模块，3、语音模块，4、视觉模块，5、无线模块，6、IMU惯性测量单元，7、机器人运行控制显示模块，8、距离测量模块，9、双足机器人执行机构，10、集成主控模块系统，11、视觉处理单元，12、5针USB母座，13、语音处理单元，15、步态生成单元，16、步态数据接口，17、位姿处理单元，18、TTL标准电平接口，19、无线发射单元，20、MiniCardSlot，21、集成主控模块电源接口，22、IMU惯性测量单元接口，23、机器人执行机构驱动单元，24、机器人执行机构接口，25、距离测量模块接口，26、机器人运行控制显示模块接口，27、半集成辅助控制模块MCU，28、外接电源接口，29、系统电源管理模块，30、手动控制按键矩阵，31、运行状态LED灯阵，32、运行状态播报扬声器，Ⅰ、距离测量模块布点一，Ⅱ、距离测量模块布点二，Ⅲ、距离测量模块布点三，Ⅳ、距离测量模块布点四，Ⅴ、距离测量模块布点五。具体实施方式为了便于本领域人员更好的理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本专利技术的保护范围。实施例1、如图1所示，本专利技术所述的双足机器人控制系统，包括集成主控模块1、半集成辅助控制模块2、语音模块3、视觉模块4、无线模块5、IMU惯性测量模块6、机器人运行控制显示模块7和距离测量模块8。所述集成主控模块1用于接收用户指令、视觉处理、语音处理、无线信号发射、对机器人进行步态规划、实时监测机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双足机器人控制系统，其特征在于，包括：集成主控模块（1），用于接收用户指令、视觉处理、对机器人进行步态规划、实时监测机器人的位姿并进行反馈控制；半集成辅助控制模块（2），与集成主控模块（1）连接，用于控制系统电源管理，实时接收集成主控模块的步态规划信号并转成机器人驱动信号；视觉模块（4），与集成主控模块（1）连接，用于获取图像信息给予机器人步态规划的视觉帮助；IMU惯性测量模块（6），与集成主控模块（1）连接，用于测量运行中机器人的位姿信息并反馈给集成主控模块（1）。

【技术特征摘要】
1.一种双足机器人控制系统，其特征在于，包括：集成主控模块（1），用于接收用户指令、视觉处理、对机器人进行步态规划、实时监测机器人的位姿并进行反馈控制；半集成辅助控制模块（2），与集成主控模块（1）连接，用于控制系统电源管理，实时接收集成主控模块的步态规划信号并转成机器人驱动信号；视觉模块（4），与集成主控模块（1）连接，用于获取图像信息给予机器人步态规划的视觉帮助；IMU惯性测量模块（6），与集成主控模块（1）连接，用于测量运行中机器人的位姿信息并反馈给集成主控模块（1）。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括语音模块（3），所述语音模块（3）与集成主控模块（1）连接，用于获取用户的语音指令并发送至集成主控模块（1）。3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，还包括无线模块（5），所述无线模块（5）与集成主控模块（1）连接，用于实现集成主控模块（1）与机器人远程监控端之间的信号传输。4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述集成主控模块（1）还用于进行语音处理和无线信号发射。5.根据权利要求1或2或4所述的控制系统，其特征在于，还包括机器人运行控制显示模块（7），所述机器人运行控制显示模块（7）与半集成辅助控...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘春标，田蒋仁，能一鸣，徐小锋，叶靖，朱小京，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33