仿人机器人控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种仿人机器人控制系统，该控制系统为分布式控制系统，包括通过CAN总线及CAN控制器连接并实现数据通信的上位机和下位机，其中所述上位机主要由基于ARM9内核的S3C2440嵌入式芯片构成，所述下位机主要由以TMS320F2812芯片为核心的DSP仿人机器人关节控制器构成。本实用新型专利技术控制可靠，功耗低，具有实时性的集控制、驱动，传感等于一体，结构简单、灵活，布局合理、成本低，能实现多轴同步协调运动控制，提高了整个控制系统的开放性和可靠性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于仿人机器人控制
，尤其涉及一种仿人机器人控制系统。
技术介绍
机器人是近年发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、 自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新科研成果，代表了机电一体化的最高成就， 是目前科技发展最活跃的领域之一。自从70年代工业机器人应用于工业生产以来，机器人对工业生产的发展、劳动生产率、劳动市场、环境工程都产生了深远的影响。仿人机器人不同于一般的工业机器人。因为它不再固定在一个位置上。这种机器人具有灵活的行走系统，以便随时走到需要的地方， 包括一些对普通人来说不易到达的地方和角落，完成人或智能系统预先设置指定的工作。 自然界的事实、仿生学以及力学分析表明，仿人机器人与轮式、履带式机器人相比有许多突出的优点和它们无法比拟的优越性。它的特性主要体现以下方面(1)仿人机器人能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，能够方便的上下台阶及通过不平整、不规则或较窄的路面，它的移动“盲区”很小。(2)仿人机器人的能耗很小。因为该机器人可具有独立的能源装置，因此在设计时就应充分考虑其能耗问题，机器人力学计算也表明，足式机器人的能耗通常低于轮式和履带式机器人。(3)仿人机器人具有广阔的工作空间。由于行走系统的占地面积小，而活动范围很大，所以为其配置的机械手提供了更大的活动空间，同时也可使机械手臂设计得较为短小紧凑。(4)双足行走是生物界难度最高的步行动作。但其步行性能却是其它步行结构所无法比拟的。所以，仿人机器人的研制势必要求并促进机器人结构的革命性的变化同时有力推进机器人学及其它相关学科的发展。仿人机器人对机器人的机械结构及驱动装置提出了许多特殊要，这将导致传统机械的重大变革。仿人机器人是工程上少有的高阶、非线性、非完整约束的多自由度系统。这对机器人的运动学、动力学及控制理论的研究提供了一个非常理想的实验平台，在对其研究的过程中#很可能导致力学及控制领域中新理论、新方法的产生，另外，仿人机器人的研究还可以推动仿生学、人工智能、计算机图形、通信等相关学科的发展。因此，仿人步行机器人的研制具有十分重大的价值和意义。本世纪70年代，由于生物学、控制理论和电子技术的发展，人们开始对类人行走进行系统的研究，近三十年来，双足步行机器人技术得到飞速的发展。从最初的静态行走， 只能在平面上行走发展到拟动态行走、动态行走、斜坡上的行走甚至实现跑步。动态行走是双足步行机器人提高行走速度和研究的必然发展方向。近年来，特别是本田公司推出的“P2”，“P3”及其后推出的Asimo，把仿人型双足机器人技术的研究再次推到了高潮。同时在小型仿人机器人领域也出现了一股开发的热潮。Sony公司在2000年推出的“梦幻机器人”系列SDR，被视为家庭娱乐技术的新突破。富士通公司推出的HOAP-I、HOAP-II也是小型仿人机器人开发的成功典型。日本科技振兴会北野共生系统工程研究所开发的Pino是一个低成本的小型仿人机器人平台，开发者把在 PINO上进行的机器人研究技术信息，基于GNU—般公共许可原则和GNU —般公共文档许可原则对外公开(外观设计，商标等除外)。他们想借助LINUX的模式，来尝试机器人开发的资源公开化，通过这种方式来促进成果的共享、更快的进化机器人和机器人的产业化。综上所述，随着控制理论、计算机技术以及多传感器信息融合技术的发展，世界机器人发达国家的学者在仿人机器人技术的理论和实验上作了大量的研究，这种现象的出现最可能的解释是仿人机器人具有更强的机动性和灵活性，具有更广阔的应用前景。鉴于以上情况，我国也将双足步行机器人技术列为国家自然科学基金及863等项目予以大力地支持。目前，国内对于小型仿人机器人研究和开发的单位很少，而从国外开发投入来看，其具有巨大的研究价值和应用市场。传统的仿人机器人控制系统结构采用集中式控制，如日本仿人机器人HRP-2，通常由一台或多台计算机通过多块A/D，D/A模块与下层的驱动器和传感器连接通信。由上位机完成轨迹规划和任务调度，协调下层各控制板对各关节进行控制。这样的控制系统模块繁多，模块之间的连接复杂，依赖性强且相互耦合，降低了系统的开放性和可靠性，增加了功耗，难以完成多轴同步协调运动控制。随着计算机技术和网络技术的发展，各种新型的控制方式应用于机器人控制。分布式控制系统是在计算机监督控制系统、直接数字控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的，是生产过程的一种比较完善的控制与管理系统。与计算机多级控制系统相比，分布式控制系统在结构上更加灵活、布局更为合理和成本更低。分布式控制结构成为机器人控制系统发展的方向。
技术实现思路
针对上述现有技术中仿人机器人控制系统采用集中式控制实时性差，难以扩展， 局部故障就可能造成系统整体失效等控制技术的不足等不足，本技术提供一种仿人机器人控制系统，该控制系统控制更可靠，功耗低，具有实时性的集控制、驱动，传感等于一体，结构简单、灵活，布局合理、成本低，能实现多轴同步协调运动控制，提高了整个控制系统的开放性和可靠性。本技术的技术解决方案为本技术的仿人机器人控制系统，该控制系统为分布式控制系统，包括通过CAN总线及CAN控制器连接并实现数据通信的上位机和下位机，其中所述上位机主要包括有基于ARM 9内核的S3C2440嵌入式芯片，所述下位机包括有以TMS320F2812芯片为核心的DSP控制器。所述上位机还包括分别与所述S3C2440嵌入式芯片连接的开关、充电电路、电源电路、复位电路、摄像头、GPRS/GPS、数据存储器和程序存储器。所述数据存储器为SDRAM数据存储器。所述程序存储器为FLASH程序存储器。所述上位机还包括与所述S3C2440嵌入式芯片连接的触摸屏。所述触摸屏为IXD触摸屏。4所述上位机还包括与所述S3C2440嵌入式芯片连接的无线通讯zigbee。所述下位机还包括分别与所述DSP控制器连接的复位电路、CAN接口、串行通信接口、传感器和光电编码器。所述下位机还包括与所述DSP控制器连接的电源监控电路。所述下位机还包括与所述DSP控制器连接的时钟和JTAG。本技术控制可靠，功耗低，具有实时性的集控制、驱动，传感等于一体，结构简单、灵活，布局合理、成本低，能实现多轴同步协调运动控制，提高了整个控制系统的开放性和可靠性。附图说明图1为本技术实施例总体结构示意图；图2为本技术实施例上位机硬件的原理框图；图3为本技术实施例下位机硬件的原理框图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术做进一步的说明。如图1所示，本实施例是一种基于ARM9与DSP的仿人机器人分布式控制系统，本系统由上位机和下位机组成，上位机由基于ARM 9内核的S3C2400嵌入式开发构成，下位机以TMS320F2812芯片为核心的DSP控制器，本实施例中，DSP控制器为DSP仿人机器人关节控制器，上位机和下位机之间通过CAN总线连接并实现数据通信，并通过CAN控制器来接受、发送信息。下位机连接有外部传感器，将控制指令通过接口电路和驱动电路传递给电机，由电机驱动机器人关节的运动，同时机器人关节运动的信号经光电编码器通过接口电路利用反馈信号的形式反馈给下位机。如图2所示，上位机以ARM9内核S3C24本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘治，李基甫，王丽杨，郑国雄，章云，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：实用新型
国别省市：