一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台制造技术

本发明专利技术属于通用机器人控制平台技术领域，尤其是一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台，现提出如下方案，其包括两个处理节点和两个传感器功能模块，两个处理节点包括FPGA协处理节和ARM主处理节，两个传感器功能模块包括底层运动模块和环境感知模块，FPGA协处理节和ARM主处理节之间通过EIM并行总线连接，FPGA协处理节和ARM主处理节之间连接有机器人控制单元。本发明专利技术机器人控制平台具有资源利用率高、数据传输快、感知系统丰富等特点，适合基于安卓系统的上层应用开发以及用来设计工作在复杂工况下的运动型服务机器人系统、工业机器人系统以及特种机器人系统。人系统以及特种机器人系统。人系统以及特种机器人系统。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台


[0001]本专利技术涉及通用机器人控制平台
，尤其涉及一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台。

技术介绍

[0002]随着社会的进步和技术的发展，全球智能机器人市场一直保持高速增长，我国连续数年成为全球第一大工业机器人应用市场，预计到2022年，中国机器人市场规模将达到991.9亿元。中国服务机器人占整体机器人市场规模的35.1％，工业机器人市场规模占比64.9％，未来三年，中国服务机器人市场份额仍将不断增加。
[0003]对于工作在复杂场景下的运动型服务机器人和工业机器人，一般采用混合式多传感器信息融合技术对各个独立传感器所获得的原始数据进行分布式局部处理和集中式融合处理，兼顾了集中式和分布式数据处理的优点，稳定性强。同时，这种混合式融合方式框架结构复杂，需要众多传感器适配接口，接口涉及多路串口、AD/DA采集、以及IO控制等。然而，市场上通用的单一ARM处理平台资源受限，已经逐渐不能满足复杂多样化的机器人外设接口需求，机器人控制系统架构朝着多元融合和分层异构的方向无限接近。
[0004]现有的机器人控制平台融合方式框架结构复杂，需要众多传感器适配接口，市场上通用的单一ARM处理平台资源受限，已经逐渐不能满足复杂多样化的机器人外设接口需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有的机器人控制平台融合方式框架结构复杂，需要众多传感器适配接口，市场上通用的单一ARM处理平台资源受限，已经逐渐不能满足复杂多样化的机器人外设接口需求的缺点，而提出的一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台，包括两个处理节点和两个传感器功能模块，两个处理节点包括FPGA协处理节和ARM主处理节，两个传感器功能模块包括底层运动模块和环境感知模块，FPGA协处理节和ARM主处理节之间通过EIM并行总线连接，FPGA协处理节和ARM主处理节之间连接有机器人控制单元，机器人控制单元通过4组Modbus总线(RS232)对相应的驱动器操作实现参数读写、运动控制和故障诊断，底层运动模块需要四组独立的RS232串口与主处理单元进行通讯，采用集中式信息融合技术保证机器人运动状态的实时快速反应能力。
[0008]进一步的，所述FPGA协处理节通过扩展专用FIFO和寄存器阵列控制外设接口采集和存储传感器数据、对数据进行相应的编解码处理，并执行主处理节点的控制命令；ARM主处理节用于机器人感知数据处理分析、控制逻辑算法运行以及上层应用显示；EIM并行总线通过中断或轮询的方式访问FPGA内部存储器，与FPGA协同作用大幅提高感知环境数据信息在整个流转过程中的资源利用率。
[0009]进一步的，所述底层运动模块为四驱差速控制运动，由四组麦克纳姆轮、低压伺服电机、减速机和相应的控制驱动器构成；
[0010]与现有技术相比，本申请采用集中式信息融合技术保证机器人运动状态的实时快速反应能力。
[0011]进一步的，所述环境感知模块集成混合式多传感器信息融合技术，由室内导航单元、视觉导引单元、MEMS惯导单元、视频采集单元、防跌落单元五大单元构成；
[0012]与现有技术相比，本申请运用运动算法、MEMS算法、视频处理算法以及室内导航算法四大算法软件实现机器人在复杂工况下的自主导航、视频采集、路径规划、识别预警等功能；通过千兆以太网、串口、CAN_BUS、EIM总线实现环境感知单元与两个处理节点之间数据的任意交换、快速处理。
[0013]进一步的，所述ARM主处理节点内含运动算法、MEMS算法、视频处理算法以及室内导航算法四大算法，
[0014]与现有技术相比，本申请通过EIM并行总线与FPGA协同作用，大幅提升机器人控制平台的处理器资源利用率。
[0015]进一步的，所述FPGA协处理节的一个节点通过扩展专用FIFO和寄存器阵列控制外设接口采集和存储传感器数据、对数据进行相应的编解码处理，并执行主处理节点的控制命令。
[0016]进一步的，所述室内导航单元由激光雷达和四路超声波避障传感器构成，激光雷达通过360度激光束扫描探测目标的位置、速度等特征量，获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，绘制周围环境点图阵列；超声波传感器输出信号根据响应时间的不同可选处理值或实时值输出，输出固定格式数据包括帧头、距离、帧尾，FPGA接收距离数据并解析，将机器人距离障碍物的距离定时向ARM反馈，ARM通过上层逻辑算法控制机器人状态做出相应变化，以此实现机器人室内自助导航、避障绕障以及路径规划等功能；
[0017]进一步的，所述视觉导引单元由CCD相机采集路面视频经由视觉导引算法模块分析，提取路面边缘对比数据交由FPGA存储并通过EIM并行总线转移至主处理节点ARM实现巡线、纠偏、辅助运动功能。
[0018]进一步的，所述MEMS惯导单元由蘑菇天线和算法模块构成，蘑菇天线接收机器人位置坐标信息交由算法模块计算得出此时机器人的位置坐标、航向角、轮速记、里程计等信息通过串口将数据传给FPGA，ARM通过中断方式读取FPGA以固定帧格式打包好的数据信息，通过上层应用软件分析处理，实现机器人室外导航、路径规划等功能；
[0019]进一步的，所述视频采集单元由四路180度全景摄像头和交换机构成，摄像头采集机器人周围360度环境信息，通过交换机将视频信息实时传至后台实现存储、分析、预警等功能；
[0020]进一步的，所述防跌落单元采用红外+超声波组合测距，数据信息包含于传感器输出的PWM波，FPGA内部集成PWM控制器，接收并解析传感器输出的PWM波，定时向ARM传递16字节位置信息以帮助主处理节点协调控制整个机器人状态。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0022]本专利技术机器人控制平台具有资源利用率高、数据传输快、感知系统丰富等特点，适
合基于安卓系统的上层应用开发以及用来设计工作在复杂工况下的运动型服务机器人系统、工业机器人系统以及特种机器人系统。
附图说明
[0023]图1为本专利技术提出的一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台的整体架构图；
[0024]图2为本专利技术提出的一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台的信息数据流程图；
[0025]图3为本专利技术提出的一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台的主处理节点详细结构图；
[0026]图4为本专利技术提出的一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台的协处理节点详细结构图。
具体实施方式
[0027]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。
[0028]实施例一
[0029]参照图1
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4，一种复杂工况下的通用异构机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台，其特征在于，包括处理节点和传感器功能模块，所述处理节点包括FPGA协处理节和ARM主处理节，所述传感器功能模块包括底层运动模块和环境感知模块，所述FPGA协处理节和所述ARM主处理节之间通过EIM并行总线连接。2.根据权利要求1所述的一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台，其特征在于，所述FPGA协处理节通过FIFO和寄存器阵列控制外设接口采集和存储传感器功能模块感知的数据。3.根据权利要求1所述的一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台，其特征在于，所述EIM并行总线通过中断或轮询的方式访问所述FPGA协处理节。4.根据权利要求1所述的一种复杂工况下的通用异构机器人控制平台，其特征在于，所述底层运动模块通过四组独立的RS232串口与处理节点连接。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丰睿，熊寸平，窦志红，吴平，刘浩，刘秀娟，郭雷，赵雅宁，崔孟楠，刘刚军，武欣，牛志朝，赵斐，
申请(专利权)人：北京航天自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：