一种仿人机器人机械臂的控制系统，属于机器人技术和自动化领域，具体涉及一种基于现场总线仿人机器人六自由机械臂的控制系统，它的目的是为了仿人机器人机械臂动作和姿态准确控制。本发明专利技术包括主计算机(1)、现场总线(2)和伺服单元(3)三部分。主计算机(1)完成运动规划算法，同时主计算机(1)还将通过现场总线(2)与各伺服单元(3)通信，各伺服单元(3)驱动仿人机器人机械臂1-3各关节1-2的协调运动，达到预期的姿态。本发明专利技术控制实时性能好、运动控制准确、电路简单高效、抗干扰能力强、电缆线少、便于应用、成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人技术和自动化领域，涉及机器人机械臂的控制系统，特别涉及 一种基于现场总线仿人机器人六自由度机械臂的控制方法及系统。
技术介绍
仿人机器人是与人类最接近的一种机器人，它与传统履带机器人或者轮式机器人 相比，更能适应人类日常环境，同时更便于使用为人类专利技术设计的各种工具，模仿人类各种 行为动作，因此，仿人机器人具有广阔的发展前景。目前，人们对于仿人机器人的研究仍然主要集中在探索更加有效、可靠的稳定性 控制方法，在这些研究中，仿人机器人的臂部和手部作为机器人行动过程中动作协调性和 外界接触受力的部位，就成为解决仿人机器人的行动过程中动作协调性和动作稳定性的关 键所在。在一些复杂的动作中，比如武术的刀术、剑术、太极推手、舞蹈表演、跑步时，其臂部 姿态就特别重要，六自由度机械臂能满足人类臂部的基本动作和姿态，六自由为肩部2个、 肘部1个、腕部3个。以往仿人机器人机械臂的控制方法采用集中控制方法。目前，仿人机器人机械臂 的控制方法根据仿人机器人大小采用集中或者分布式控制方法，由于选用控制方法和系统 存在差异，其效果也不同。
技术实现思路
在解决大型仿人机器人机械臂完成复杂的动作中，为了系统高度实时性、容错性、 可靠性、扩充性，本专利技术提出一种基于现场总线仿人机器人六自由机械臂的控制系统1-1， 所述技术方案如下一种基于现场总线仿人机器人六自由机械臂的控制系统1-1，所述系统包括主 计算机(1)、现场总线(2)、伺服单元(3)。所述主计算机(1)完成运动规划算法，同时主计算机(1)还将通过现场总线(2) 与各伺服单元(3)通信，各伺服单元(3)驱动仿人机器人机械臂1-3各关节1-2的协调运 动。所述现场总线⑵选用CAN现场总线(2)，CAN总线是一种现场总线(fieldbus)，直接 通信距离最远可达10km，速率5Kbps以下，通信速率最高可达IMbPs，此时通信距离最长为 40m，节点目前可达110个，通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，CAN现场总线(2)完成 主计算机(1)与各伺服单元(3)通信。所述伺服单元驱动机械臂1-3各关节1-2运动。所述伺服单元包括控制器2-1、驱动器2-2、电机2-3、检测与反馈电路2_4、减速器 2-5组成。驱动器2-2选用TITECH的JW-144-2，电机2_3肩部和肘部选用的是瑞士 MAXON 公司的RE系列石墨电刷直流电机，型号为RE3024V 60W,腕部选用的也是瑞士 MAXON公司的 RE系列石墨电刷直流电机，型号为RE3024V 20W,从电机2_3轴检测与反馈器件选用的是光 电轴角编码器，从减速器2-5检测与反馈器件选用的是电位器，减速器2-5选用的是谐波减 速器ο所述控制器2-1包括CAN总线电路3-1、单片机3_2、D/A转换电路3_3。单片机3-2选用的是AT89C51CC01，AT89C51CC01本身自有CAN总线控制器，故不需要外加CAN总 线控制器，D/A转换电路3-3选用D/A转换器是DAC7621。所述CAN总线电路3-1包括光电耦合器4-1、CAN总线收发器4_2、防雷击管4_3、 电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容Cl、电容C2。光电耦合器4_1选用高速光耦隔离 6N137芯片，在此用2片6附37芯片，单片机3_2的TXDC引脚通过电阻Rl和一片6附37芯片 IN引脚连接，单片机3-2的RXDC引脚和另一片6N137芯片OUT引脚连接，CAN总线收发器4-2选用TJA1050芯片，一片6附37芯片OUT引脚连接TJA1050芯片引脚TXD，另一片6附37 芯片IN引脚通过电阻R2连接TJA1050芯片引脚RXD，TJA1050芯片的CANH引脚通过电阻 R3、电容Cl、防雷击管4-3与CAN总线节点相连，TJA1050芯片的CANL引脚通过电阻R4、电 容C2、防雷击管4-3与CAN总线节点相连。本专利技术的有益效果是1.控制实时性能好，运动控制准确。2.电路简单高效，抗干扰能力强。3.电缆线少，便于应用，成本低。附图说明图1为本专利技术系统及工作过程示意图。图2为本专利技术伺服单元结构示意图。图3为本专利技术控制器结构示意图。图4为本专利技术CAN总线电路结构图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施对本专利技术进一步详细说明。第一步如图1所示，当仿人机器人机械臂1-3需要做出某种姿态时，主计算机 (1)根据当前的各关节1-2的姿态以及下一步各关节1-2的姿态完成运动规划算法，主计算 机(1)通过现场总线(2)把运动规划算法的结果传送到相应各伺服单元(3)。第二步如图2所示，相应各伺服单元(3)的控制器2-1根据运动规划算法的结果 和检测与反馈电路2-4的结果经过一定的控制算法控制器2-1输出电压信号，输出的电压 信号控制驱动器2-2的输出，驱动器2-2的输出控制电机2-3转动，电机2-3的转动驱动减 速器2-5转动，减速器2-5的转动驱动关节3转动，在驱动器2-2控制电机2_3转动、电机 2-3驱动减速器2-5转、减速器2-5驱动关节3转动的同时，从电机2_3轴光电轴角编码器 检测的信号以及从减速器2-5电位器检测的信号反馈到控制器2-1，再重复上述过程，直至 关节1-2达到预期的位置，机械臂1-3需要做出预期的姿态。第三步如图1所示，相应各伺服单元(3)的控制器2-1把各关节1-2的姿态位置 发送到主计算机(1)，同时准备机械臂1-3下一个姿态。权利要求1.一种基于现场总线仿人机器人六自由机械臂的控制系统1-1，其特征在于包括主 计算机(1)、现场总线( 和伺服单元C3)三部分。主计算机(1)完成运动规划算法，同时 主计算机(1)还将通过现场总线(2)与各伺服单元(3)通信，各伺服单元(3)驱动仿人机 器人机械臂1-3各关节1-2的协调运动。2.如权利要求1所述的基于现场总线仿人机器人机械臂的控制方法及系统，，其特征 在于所述伺服单元C3)包括控制器2-1、驱动器2-2、电机2-3、检测与反馈电路2-4、减速 器2-5组成。驱动器2-2选用TITECH的JW-144-2，电机2_3肩部和肘部选用的是瑞士 MAXON 公司的RE系列石墨电刷直流电机，型号为RE30MV 60W,腕部选用的也是瑞士 MAXON公司的 RE系列石墨电刷直流电机，型号为RE30MV 20W,从电机2_3轴检测与反馈器件选用的是光 电轴角编码器，从减速器2-5检测与反馈器件选用的是电位器，减速器2-5选用的是谐波减 速器ο3.如权利要求2所述的伺服单元(3)，其特征在于所述伺服单元(3)的控制器2-1包 括CAN总线电路3-1、单片机3-2、D/A转换电路3_3。单片机3_2选用的是AT89C51CC01， AT89C51CC01本身自有CAN总线控制器，故不需要外加CAN总线控制器，D/A转换电路3_3 选用D/A转换器是DAC7621。4.如权利要求3所述的控制器2-1，其特征在于所述控制器2-1的CAN总线电路3-1 包括包括光电耦合器4-1、CAN总线收发器4-2、防雷击管4-3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电 阻R4、电容Cl、电容C2。光电耦合器4-1选用高速光耦隔离6附37芯片，在此用2片6附37 芯片，单片机3-2的T)(DC引脚通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于现场总线仿人机器人六自由机械臂的控制系统１－１，其特征在于：包括主计算机（１）、现场总线（２）和伺服单元（３）三部分。主计算机（１）完成运动规划算法，同时主计算机（１）还将通过现场总线（２）与各伺服单元（３）通信，各伺服单元（３）驱动仿人机器人机械臂１－３各关节１－２的协调运动。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜重然，史庆军，陈文平，徐斌山，白金泉，李丽，薄向东，
申请(专利权)人：佳木斯大学，
类型：发明
国别省市：23
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