本发明专利技术公开了一种基于双核处理技术的足式机器人状态感知系统，采用双核系统架构，即基于FPGA核心单元，采用SOPC技术，在片内嵌入两个RISC嵌入式处理器NIOS?II软核实现。一个用于构建数据采集功能的数据采集内核；一个用于构建数据处理与通信功能的数据处理内核；两个内核通过邮箱内核Mailbox和共享片内RAM实现相互间的数据交互。NIOS?II?B软核能够实现更完备信息的采集，而NIOS?IIA软核基于NIOS?II?B软核采集到的数据进行融合处理。本发明专利技术采用具有面向复杂足式机器人的状态感知技术，具有信息完备性检测、高速数据并行处理、实时数据通信以及可靠性高等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于双核处理技术的足式机器人状态感知系统。
技术介绍
随着经济的发展和各行各业对自动化程度要求的提高，各式各样的机器人步入了人类生活和生产的领域之中，以替代或模仿人类执行各种复杂任务。其中，足式机器人具有机构简单、运动灵活、承载能力強、稳定性好和环境适应能力强等特点，因此，足式机器人尤其适用于军事边防领域，用于伴随边防战士巡逻和运输物质等。在控制足式机器人活动的各项技术中，最为关键的技术之ー便是足式机器人状态感知技木。 目前，国内外的足式机器人状态感知主要是从足部方面来检测自身足部的相关运动參量，并计算来获取机器人运动姿态信息，从而生成合理的步态。但这对足式机器人状态感知信息的需求不全面，从而带来信息不完备、可靠性较低等问题。同时，现有的足式机器人状态感知系统的控制核心都是采用单核处理器，一方面负责多种时间尺度的传感器数据采集、预处理、缓存以及标准化封装；另ー方面基于传感器数据，运用数据融合技术实现状态感知信息的处理。这样的单核处理器担任双重功能，难免会影响足式机器人的实时性、快速性和可靠性。而目前的足式机器人规划与协调等智能行为对状态感知的功能需求已不满足于具体传感器的检测信息的获取和简单信息处理，而是需要状态感知具有更丰富的特征提取功能，即结合多种同构或异构传感器检测信息，通过多种信息处理技木，消除传感器信号混入的干扰信号、估计无法直接测量的状态信息、获得面向规划与协调的综合特征信息等。这样缺乏面向复杂足式机器人的状态感知技术，从而不能满足复杂环境下的工作要求。因此，有必要设计ー种基于双核处理技术的足式机器人状态感知系统。专利技术内容本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于双核处理技术的足式机器人状态感知系统，该基于双核处理技术的足式机器人状态感知系统具有实时、并行数据处理能力，数据处理速度快。专利技术的技术解决方案如下—种基于双核处理技术的足式机器人状态感知系统，包括核心模块和外部模块；核心模块包括RISC嵌入式处理器、邮箱内核模块和片内RAM ；RISC嵌入式处理器为双核嵌入式处理器，由用于数据采集的NIOS II B软核和用于数据处理和实现通信功能的NIOS II A软核组成；NIOS II A软核及NIOS II B软核均与片内RAM连接；NIOS IIA软核及NIOS II B软核均与邮箱内核模块连接，NIOS II A软核及NIOS II B软核均通过邮箱内核模块访问片内RAM实现NIOS IIA软核和NIOS II B软核之间的通信；所述的外部模块包括动カ单元传感器、四肢伺服控制器、组合导航系统、LCD显示屏和蜂鸣器；动カ单元传感器、四肢伺服控制器和组合导航系统均与NIOS II B软核相接；IXD显示屏和蜂鸣器均与NIOS IIA软核中的人机交互模块连接。所述的NIOS II A软核中具有用干与外联模块通信的CAN总线通信模块；所述的外联模块为规划协调模块(规划协调模块是上位机，规划协调模块还包括环境感知模块，环境感知模块与状态感知系统并列，一起隶属于规划协调模块)。所述的核心模块为基于FPGA的核心模块。动カ单元传感器与NIOS II B软核中的模数转换模块相连；四肢伺服控制器与NIOS II B软核中的CAN总线通信模块相连；组合导航系统与NIOS II B软核中的组合导航接收模块相连。所述的动力単元传感器包括流量传感器、温度计、液压油压力表、发动机转速表、 发动机油量表、电源电压传感器；NIOS II B软核通过动カ单元传感器采集的数据包括四肢油路流量、发动机温度、液压油温度、液压油压力、发动机转速、发动机油箱油量以及电源电压值；NIOS II B软核通过四肢伺服控制器采集足式机器人的四肢特征数据，四肢特征数据包括关节角度、负载力、伺服阀电流以及足部三维カ和力矩；NIOS II B软核通过组合导航接收模块获取组合导航数据，包括俯仰角、横滚角、航向角、三轴加速度以及三轴角速度和经度、纬度、高度以及速度。有益效果本专利技术的基于双核处理技术的足式机器人状态感知系统，采用“以数据为中心”的分层结构构建数据采集层和数据处理层，并在此基础上构建双核系统架构，即基于FPGA核心单元，采用SOPC技术，在片内嵌入两个RISC嵌入式处理器NIOS II软核实现。一个用于构建数据采集功能的数据采集内核(简称NIOSII B软核)；一个用于构建数据处理与通信功能的数据处理内核(简称NIOS II A软核)；两个内核通过邮箱内核Mailbox和共享片内RAM实现相互间的数据交互。NIOS II B软核能够实现更完备信息的采集，而NIOS II A软核基于NIOS II B软核采集到的数据进行融合处理，同时将接收的组合导航数据通过高速可靠CAN总线发送于环境感知层，并与足式机器人规划协调层构成的基于CAN总线的信息传输网络，从而实现足式机器人状态感知系统各功能単元的并行处理。本专利技术具有面向复杂足式机器人的状态感知技术、信息完备性检测、高速数据并行处理、实时数据通信以及可靠性高等特点。附图说明图I为本专利技术的体系结构图；图2为本专利技术的系统结构图。具体实施例方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进ー步详细说明实施例I :如图I和图2所示，一种基于双核处理技术的足式机器人状态感知系统，采用“以数据为中心”的分层结构构建数据采集层和数据处理层，并在此基础上构建双核系统架构，即基于FPGA核心単元，采用SOPC技术，在片内嵌入两个RISC嵌入式处理器NIOS II软核实现，具有ー个模数转换模块、ニ个CAN总线通信模块、一个组合导航接收模块以及ー个人机交互模块；动カ单元传感器、四肢伺服控制器、组合导航系统分别与FPGA核心单元串行连接，IXD液晶屏、蜂鸣器分别与FPGA核心单元并行连接；其中用于构建数据采集功能的数据采集内核(简称NIOS II B软核)，负责动力単元传感器数据的采集、四肢伺服控制器CAN总线数据的监听以及组合导航系统输出数据的接收；用于构建数据处理与通信功能的数据处理内核(简称NIOS II A软核)，负责数据处理(包括姿态估计、开机自检、碰撞检测和实时工作状态评估四大模块)、与规划协调层和环境感知层的CAN总线通信以及人机交互；NIOS II B软核和NIOS IIA软核通过邮箱内核MaiIbox和共享片内RAM实现相互间的数据交互，构成双核状态感知系统。 NIOS II B软核负责动カ単元传感器数据的采集、四肢伺服控制器CAN总线数据的监听以及组合导航系统输出数据的接收，具体用于——FPGA核心単元向动カ单元传感器写入控制信号，并通过模数转换模块获取动カ单元传感器采集的并经ADC转换后的数据，包括四肢油路流量、发动机温度、液压油温度、液压油压力、发动机转速、发动机油箱油量以及电源电压，其对应的传感器包括流量传感器、温度计、液压油压力表、发动机转速表、发动机油量表、电源电压传感器；——FPGA核心単元向四肢伺服控制器写入控制信号，并通过CAN总线通信模块获取监听到的四肢伺服控制器CAN总线数据，从而得到四肢特征数据，包括关节角度、负载力、伺服阀电流以及足部三维カ和カ矩。这些传感器数据由四肢伺服控制器采集，并通过四条CAN总线上传至规划协调层，此时状态感知系统通过监听四条C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于双核处理技术的足式机器人状态感知系统，其特征在于，包括核心模块和外部模块；核心模块包括RISC嵌入式处理器、邮箱内核模块和片内RAM；RISC嵌入式处理器为双核嵌入式处理器，由用于数据采集的NIOS？II？B软核和用于数据处理和实现通信功能的NIOS？IIA软核组成；NIOS？IIA软核及NIOS？II？B软核均与片内RAM连接；NIOS？IIA软核及NIOS？II？B软核均与邮箱内核模块连接，NIOS？IIA软核及NIOS？II？B软核均通过邮箱内核模块访问片内RAM实现NIOS？IIA软核和NIOS？II？B软核之间的通信；所述的外部模块包括动力单元传感器、四肢伺服控制器、组合导航系统、LCD显示屏和蜂鸣器；动力单元传感器、四肢伺服控制器和组合导航系统均与NIOS？II？B软核相接；LCD显示屏和蜂鸣器均与NIOS？IIA软核中的人机交互模块连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫，吴敏，曹卫华，吴大华，安剑奇，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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