针对超冗余机器人的电气系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术提供了一种针对超冗余机器人的电气系统及其工作方法，涉及冗余机器人技术领域，该方法包括：上层子系统、中层子系统以及下层子系统；上层子系统：作为超冗余机器人系统的总体控制中心，通过中层子系统收集、反馈各电气元件信息，并根据指令向中层系统发送运动功能指令；中层子系统：接受上层主系统的运动功能指令并下发给各个电气元件，同时收集各个电气元件的状态信息并反馈给上层子系统；下层子系统：接受中层子系统的控制指令并实现具体运动功能，并将自身所属的各个电气元件的状态信息反馈给中层主系统；其中，上层子系统和中层子系统通讯连接，中层子系统仅和下层子系统通讯连接。本发明专利技术能够实现对机器人系统高效稳定的控制。定的控制。定的控制。

【技术实现步骤摘要】
针对超冗余机器人的电气系统及其工作方法


[0001]本专利技术涉及冗余机器人
，具体地，涉及一种针对超冗余机器人的电气系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]超冗余机器人具有较高的冗余自由度、灵活性高，在复杂的应用环境中如航空航天、管道维护、抗险救灾等具有更好的结构性能。随着应用环境和需求的变化，机器人末端路径已不局限于常规的直线、圆弧等组合的简单路径。随着冗余自由度的增加，超冗余机器人运动学愈发复杂，其运动平稳性更加难以保证。
[0003]公开号为CN113119080A的专利技术专利，公开了一种超冗余机器人，包括长关节筒与短关节筒，所述长关节筒与短关节筒的内部均中空设置，相邻的长关节筒与长关节筒、长关节筒与短关节筒、短关节筒与短关节筒之间均设置有关节机构，长关节筒与短关节筒内均设置有绳模块机构，关节机构包括导绳盘，导绳盘上固定连接有多个导绳盘凸台。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种针对超冗余机器人的电气系统及其工作方法。
[0005]根据本专利技术提供的一种针对超冗余机器人的电气系统及其工作方法，所述方案如下：
[0006]第一方面，提供了一种针对超冗余机器人的电气系统，所述系统包括：
[0007]上层子系统：作为超冗余机器人系统的总体控制中心，通过中层子系统收集、反馈各电气元件信息，并根据指令向中层系统发送运动功能指令；
[0008]中层子系统：接受上层主系统的运动功能指令并下发给各个电气元件，同时收集各个电气元件的状态信息并反馈给上层子系统；
[0009]下层子系统：接受中层子系统的控制指令并实现具体运动功能，并将自身所属的各个电气元件的状态信息反馈给中层主系统；
[0010]其中，上层子系统和中层子系统通讯，中层子系统仅和下层子系统通讯。
[0011]优选的，所述上层子系统具体包括：
[0012]工控机：用于运行超冗余机器人系统的控制软件，同时与各个单元进行通信，保证各个电气单元的配合；
[0013]触控屏幕：与工控机通过HDMI视频信号线和USB数据线连接，用于显示超冗余机器人系统控制软件的用户图形界面GUI和末端摄像头图像在内的相关信息，同时通过触控和控制软件的GUI获取机器人系统的控制指令；
[0014]末端摄像头：与工控机通过USB数据线连接，用于感知机械臂末端环境同时将获取的图像回传给工控机。
[0015]优选的，所述中层子系统具体包括：六块STM32F407开发板，其中四块，记为F407_
1、 F407_2、F407_3以及F407_4置于机器人背部；
[0016]一块置于手柄处，记为F407_5；
[0017]一块位于电气箱内，记为F407_6。
[0018]优选的，所述中层子系统还包括：
[0019]F407_1～F407_3：通过局域网LAN与工控机连接，通过用户数据报协议UDP进行通信，接收工控机的控制指令同时将微控制器和磁编码器的数据返回给工控机，将控制指令转换为电机运动指令下发给驱动器；
[0020]F407_4：与F407_1～F407_3功能相似，其中缺少磁编码器部分；
[0021]F407_5：通过局域网LAN与工控机连接，通过用户数据报协议UDP进行通信，接收工控机的控制指令同时将操作手柄的操作数据返回给工控机；
[0022]F407_6：通过局域网LAN与工控机连接，通过用户数据报协议UDP进行通信，接收工控机的控制指令同时将控制指令转换为电机运动指令和推杆运动指令下发给进给电机和电动液压推杆。
[0023]优选的，所述下层子系统包括：
[0024]驱动器：通过微控制器局域网络CAN总线接受F407_1～F407_4一次性下发的电机运动数据同时控制相应的直流无刷电机；
[0025]直流无刷电机：接收相应驱动器下发的运动数据；
[0026]电动液压推杆：通过F407_6控制的继电器实现电动液压推杆的启停和正反向运动；
[0027]电动推杆：通过F407_6控制的继电器实现电动推杆的启停和正反向运动；
[0028]进给电机：通过接受F407_6的I/O口发送的电机运动方向数据和运动脉冲序列实现超冗余机器人整体的进给运动；
[0029]操作手柄：将操作者的操作转化为数字信号通过I/O口发送给F407_5；
[0030]微控制器：通过集成电路总线IIC读取磁编码器的实时角度数据，并通过微控制器局域网络CAN总线将数据回传给F407_1～F407_3；
[0031]磁编码器：通过感应超冗余机器人关节内的磁钢产生的磁场变化获取当前的关节角度数据并通过集成电路总线IIC回传给微控制器。
[0032]第二方面，提供了一种针对超冗余机器人的电气系统工作方法，所述方法包括：
[0033]S1、用户通过触控屏幕上显示的带有GUI的控制软件与末端摄像头图像在内的信息和操作手柄输入操作指令；
[0034]S2、工控机分析传入的所述操作指令、中层子系统和下层系统的反馈信息，将操作指令分解为不同电气元件的运动指令并基于UDP协议通过局域网下发给各个开发板；
[0035]S3、各个开发板通过不同的通信形式将工控机的指令分发给下层不同的电气元件使它们配合运动以实现整个系统的相应功能，同时将各个电气元件的反馈信息回传给工控机。
[0036]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0037]本专利技术通过采用多层并行电气系统的结构，解决了控制超冗余机器人系统这一复杂系统的问题，实现了对机器人系统的高效(控制频率可达100Hz)，稳定的控制。
附图说明
[0038]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0039]图1为超冗余机器人系统整体图及部分电气元件分布情况；
[0040]图2为电气系统框架示意图。
[0041]附图标记：
[0042]电动推杆1
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电动液压推杆2
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进给电机3
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驱动器4
[0043]直流无刷电机5
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开发板6
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微控制器7
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磁编码器8
具体实施方式
[0044]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0045]本专利技术实施例提供了一种针对超冗余机器人的电气系统，参照图1和图2所示，该系统包括：上层子系统、中层子系统以及下层子系统。
[0046]上层子系统：作为超冗余机器人系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对超冗余机器人的电气系统，其特征在于，包括：上层子系统、中层子系统以及下层子系统；上层子系统：作为超冗余机器人系统的总体控制中心，通过中层子系统收集、反馈各电气元件信息，并根据指令向中层系统发送运动功能指令；中层子系统：接受上层主系统的运动功能指令并下发给各个电气元件，同时收集各个电气元件的状态信息并反馈给上层子系统；下层子系统：接受中层子系统的控制指令并实现具体运动功能，并将自身所属的各个电气元件的状态信息反馈给中层主系统；其中，上层子系统和中层子系统通讯连接，中层子系统仅和下层子系统通讯连接。2.根据权利要求1所述的针对超冗余机器人的电气系统，其特征在于，所述上层子系统具体包括：工控机：用于运行超冗余机器人系统的控制软件，同时与各个单元进行通信，保证各个电气单元的配合；触控屏幕：与工控机通过HDMI视频信号线和USB数据线连接，用于显示超冗余机器人系统控制软件的用户图形界面GUI和末端摄像头图像在内的相关信息，同时通过触控和控制软件的GUI获取机器人系统的控制指令；末端摄像头：与工控机通过USB数据线连接，用于感知机械臂末端环境同时将获取的图像回传给工控机。3.根据权利要求1所述的针对超冗余机器人的电气系统，其特征在于，所述中层子系统具体包括：六块STM32F407开发板，其中四块，记为F407_1、F407_2、F407_3以及F407_4置于机器人背部；一块置于手柄处，记为F407_5；一块位于电气箱内，记为F407_6。4.根据权利要求3所述的针对超冗余机器人的电气系统，其特征在于，所述中层子系统还包括：F407_1～F407_3：通过局域网LAN与工控机连接，通过用户数据报协议UDP进行通信，接收工控机的控制指令同时将微控制器和磁编码器的数据返回给工控机，将控制指令转换为电机运动指令下发给驱动器；F407_4：与F407_1～F407_3功能相似，其中缺少磁编码器部分；F407_5：通过局域网LAN与工控机连接，通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷国迎，郑扬，魏航航，徐凯，朱向阳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：