一种可扩展的外骨骼机器人控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种可扩展的外骨骼机器人控制系统，涉及外骨骼控制领域，包括：电源机构；伺服装置，伺服装置用于控制外骨骼机器人运动，电源机构能够为伺服装置供电；传感机构，传感机构设于外骨骼机器人上；内置控制机构，内置控制机构设于外骨骼机器人内，内置控制机构能够根据传感机构采集到的信息控制伺服装置；外置调试控制机构，外置调试控制机构与传感机构和内置控制机构连接，外置调试控制机构能够接收传感机构采集到的信息，且外置调试控制机构能够控制内置控制机构，保证外骨骼机器人电子控制系统迭代设计过程保持高效高性价比，即使在内置集成控制器陷入死机故障时，仍然能够完成包括运动控制在内的基础任务。然能够完成包括运动控制在内的基础任务。然能够完成包括运动控制在内的基础任务。

【技术实现步骤摘要】
一种可扩展的外骨骼机器人控制系统


[0001]本技术涉及外骨骼控制领域，特别涉及一种可扩展的外骨骼机器人控制系统。

技术介绍

[0002]随着机器人技术的不断发展及计算机、新材料、新能源和传感等技术的突破，为人体负重运动提供支撑、辅助和保护功能的穿戴式外骨骼机器人日益受到重视，成为国内外研究的热门领域。传统外骨骼机器人采用集总式控制结构，在单个设备箱内部集成驱动器、传感器、控制器、人机界面和电源系统，导致设备体积大、线束多，并且当设备设计完成后因功能变更需要扩展组件时，由于设备箱内电子板卡软硬件功能已经相对固定，重新集成设计和验证整套设备则需从头开始论证和设计整套系统，迭代周期长、费效比差；目前已有部分外骨骼机器人将驱动器和其他部件单独分离，但其传感器、控制器、电池组仍采用集总结构，上述问题仍然存在。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于提供一种可扩展的外骨骼机器人控制系统，实现了外骨骼机器人控制系统的模块设计，提高了整体的可扩展性。
[0004]为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种可扩展的外骨骼机器人控制系统，包括：电源机构；伺服装置，所述伺服装置用于控制外骨骼机器人运动，所述电源机构能够为所述伺服装置供电；传感机构，所述传感机构设于所述外骨骼机器人上，所述传感机构能够采集所述外骨骼机器人的运动状态信息；内置控制机构，所述内置控制机构设于所述外骨骼机器人内，所述内置控制机构与所述传感机构和所述伺服装置连接，所述内置控制机构能够根据所述传感机构采集到的信息控制所述伺服装置；外置调试控制机构，所述外置调试控制机构与所述传感机构和所述内置控制机构连接，所述外置调试控制机构能够接收所述传感机构采集到的信息，且所述外置调试控制机构能够控制所述内置控制机构。
[0005]进一步地，还包括连接电缆，所述连接电缆包括功率供电母线、传感器供电母线、传感器信号差分总线和执行器信号差分总线；其中，所述功率供电母线用于为所述伺服装置供电；所述传感器供电母线用于为所述传感机构供电，所述传感器信号差分总线用于在所述控制系统中交换所述传感机构采集到的信息，所述执行器信号差分总线用于在所述控制系统中交换所述伺服装置的工作信息。
[0006]进一步地，所述电源机构包括主电源和电能计量装置，所述主电源通过嵌入式电源电路为所述功率供电母线和所述传感器供电母线供电，所述电能计量装置能够测量所述主电源的能耗信息。
[0007]进一步地，还包括人机界面，所述人机界面与所述内置控制机构连接，通过所述人机界面能够控制所述内置控制机构。
[0008]进一步地，所述内置控制机构包括第一电源电路、第二数据处理器、人机界面通讯电路和第三总线通讯接口电路；所述第一电源电路与所述第二数据处理器、所述人机界面通讯电路、所述第三总线通讯接口电路、所述主电源、所述功率供电母线和传感器供电母线连接，所述第一电源电路能够将所述主电源的供电电压转换为所述功率供电母线和所述传感器供电母线所需要的电压，所述第一电源电路能够为所述第二数据处理器、所述人机界面通讯电路和所述第三总线通讯接口电路供电；所述第二数据处理器通过人机界面通讯电路与所述人机界面通讯，所述第二数据处理器通过所述第三总线通讯接口电路与所述传感机构通讯。
[0009]进一步地，所述伺服装置包含伺服驱动器、电机、编码器、第一总线通讯接口电路；所述伺服驱动器能够通过所述编码器获取所述电机的转子位置信息并驱动所述电机输出转矩，所述伺服驱动器能够通过所述第一总线通讯接口电路接收所述内置控制机构或所述外置调试控制机构的转矩指令，所述伺服驱动器将所述电机的转子位置信息、速度信息和电流信息至所述执行器信号差分总线。
[0010]进一步地，所述传感机构包括传感器件、第二电源电路、第一数据处理器和第二总线通讯接口电路；所述第二电源电路用于为所述传感器件供电，所述传感器件将电信号传输至所述第一数据处理器中，所述第一数据处理器能够将所述传感器件采集到的信号进行编码，并通过所述第二总线通讯接口电路发送至所述传感器信号差分总线中。
[0011]进一步地，所述外置调试控制机构包含第三电源电路、第三数据处理器、第四总线通讯接口电路；所述第三电源电路从外部供电获取电能，并为所述第三数据处理器供电，所述第三数据处理器能够通过所述第四总线通讯接口电路与所述传感器信号差分总线、所述执行器信号差分总线交换信息。
[0012]进一步地，所述传感器件为力矩传感器、力传感器、姿态传感器、加速度传感器、测距传感器、角度传感器和位移传感器之中的一种或多种。
[0013]进一步地，所述人机界面包括可视化屏幕和人机输入接口，所述可视化屏幕和所述人机输入接口均与所述第二数据处理器连接。
[0014]分析可知，本技术公开一种可扩展的外骨骼机器人控制系统，本技术采用总线控制和母线供电的方式，将驱动器、传感器、控制器、人机界面和电源系统分割为单个整件，规定电气接口和总线通讯协议后，将各个功能整件单独设计和验证，再集成至整机，增加功能时只需要向设备中添加新的整件，保证外骨骼机器人电子控制系统迭代设计过程保持高效高性价比。并且本系统包含内置控制机构和外置调试控制机构，正常运行时系统由内置控制机构控制；运行过程中可以通过在总线上广播特殊报文，关闭内置控制机构的功能，由外置的调试控制器接管外骨骼机器人系统的运动控制任务，从外部介入系统，在无需修改设备内部电子系统连接的情况下快速测试算法、检测、诊断和记录故障，即使在内置集成控制器陷入死机故障时，仍然能够完成包括运动控制在内的基础任务。
附图说明
[0015]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。其中：
[0016]图1本技术一实施例的结构示意图。
[0017]图2本技术实施例1的结构示意图。
[0018]图3本技术实施例2的结构示意图。
[0019]附图标记说明：1、电源机构；11、主电源；12、电能计量装置；2、伺服装置；21、伺服驱动器、22、电机、23、编码器、24、第一总线通讯接口电路；3、传感机构；31、传感器件、32、第二电源电路；33、第一数据处理器；34、第二总线通讯接口电路；4、内置控制机构；41、第一电源电路；42、第二数据处理器；43、人机界面通讯电路；44、第三总线通讯接口电路；5、外置调试控制机构；51、第三电源电路、52、第三数据处理器、53、第四总线通讯接口电路；61、功率供电母线；62、传感器供电母线；63、传感器信号差分总线；64、执行器信号差分总线；7、人机界面。
具体实施方式
[0020]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。各个示例通过本技术的解释的方式提供而非限制本技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本技术的范围或精神的情况下，可在本技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可扩展的外骨骼机器人控制系统，其特征在于，包括：电源机构；伺服装置，所述伺服装置用于控制外骨骼机器人运动，所述电源机构能够为所述伺服装置供电；传感机构，所述传感机构设于所述外骨骼机器人上，所述传感机构能够采集所述外骨骼机器人的运动状态信息；内置控制机构，所述内置控制机构设于所述外骨骼机器人内，所述内置控制机构与所述传感机构和所述伺服装置连接，所述内置控制机构能够根据所述传感机构采集到的信息控制所述伺服装置；外置调试控制机构，所述外置调试控制机构与所述传感机构和所述内置控制机构连接，所述外置调试控制机构能够接收所述传感机构采集到的信息，且所述外置调试控制机构能够控制所述内置控制机构。2.根据权利要求1所述的一种可扩展的外骨骼机器人控制系统，其特征在于，还包括连接电缆，所述连接电缆包括功率供电母线、传感器供电母线、传感器信号差分总线和执行器信号差分总线；其中，所述功率供电母线用于为所述伺服装置供电；所述传感器供电母线用于为所述传感机构供电，所述传感器信号差分总线用于在所述控制系统中交换所述传感机构采集到的信息，所述执行器信号差分总线用于在所述控制系统中交换所述伺服装置的工作信息。3.根据权利要求2所述的一种可扩展的外骨骼机器人控制系统，其特征在于，所述电源机构包括主电源和电能计量装置，所述主电源通过嵌入式电源电路为所述功率供电母线和所述传感器供电母线供电，所述电能计量装置能够测量所述主电源的能耗信息。4.根据权利要求3所述的一种可扩展的外骨骼机器人控制系统，其特征在于，还包括人机界面，所述人机界面与所述内置控制机构连接，通过所述人机界面能够控制所述内置控制机构。5.根据权利要求4所述的一种可扩展的外骨骼机器人控制系统，其特征在于，所述内置控制机构包括第一电源电路、第二数据处理器、人机界面通讯电路和第三总线通讯接口电路；所述第一电源电路与所述第二数据处理器、所述人机界面通讯电路、所述第三总线通讯接口电路、所述主电源、所述功率供电母线和传感器供电母线连接，所述第一电源电路能够将所述主电源的供电电压转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄浩，高旭，方略，罗金龙，
申请(专利权)人：上海微电机研究所中国电子科技集团公司第二十一研究所，
类型：新型
国别省市：