仿生机械恐龙的控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种仿生机械恐龙的控制系统，包括发送控制指令的上位机和驱动各关节运动的动作执行器，上位机上设有发送控制各关节运动的动作控制模块、显示各关节运动状态的监测模块以及用于调试各动作控制器参数的调试模块；动作执行器分别通过动作控制器连接到CAN总线上，上位机根据用户指令发出相应的控制信号，控制信号通过CAN总线发送给相应的动作控制器使相应的动作执行器驱动相应的关节运动。本实用新型专利技术，通过CAN总线将上位机和各动作控制器组建成CAN网络，大大简化了控制系统的结构，便于扩展；同时，在上位机上集成了显示各关节运动状态的监测模块以及用于调试各动作控制器参数的调试模块，大大方便了控制系统的调试。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及四足机器人，具体涉及仿生机械恐龙的控制系统。
技术介绍
机器人技术是近几十年来迅速发展起来的一门高新技术，它综合了机械、微电子与计算机、自动控制、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果，是机电一体化技术的典型载体。大型四足仿生机械恐龙是四足步行机器人的一种重要应用，广泛应用于娱乐、影视等领域。众所周知，机械结构是仿生机械恐龙的骨骼，而控制系统则相当于仿生机械 恐龙的神经系统，控制系统是实现仿生机械恐龙“动”的关键，并且关系到运动的能力和运动的效果。目前，机器人的控制系统主要有集中式控制或者基于运动控制卡的分布式控制两种方式。(I)集中式控制。该方式主要应用于小型的专用设备，例如遥控小汽车、洗衣机控制系统等。对于四足仿生机械恐龙而言，由于其关节自由度多(12个以上)，运动方式不定，关节协调性和实时性要求高，因此，如果采用集中式控制方式，控制器的控制负担将过重，很难满足实时性等要求。(2)基于运动控制卡。该方式是使用若干个多轴运动控制卡组成分布式网络，其优点是控制系统搭建周期短，而且运动控制卡所包含的软件包中都集成有丰富的运动函数库，能方便的实现各种预定函数和实现多轴插补。但是该方式应用于四足仿生机械恐龙也存在一定的不足(a)四足仿生机械恐龙具有多个自由度(12个以上)，而运动控制卡的控制轴数有限(一般最多为6轴)，所以需要加载多块运动控制卡，并且还需要支持多卡同时通讯的功能，因此，控制软件设计复杂，出错率高；(b)由于一个运动控制卡同时控制多轴，所以需要给每个轴单独配置驱动器，从而造成驱动器配置复杂；(C)系统的扩展性差；(d)系统调试过程复杂。另外，由于控制系统的调试是保证机器人正常工作的前提，因此，控制系统的调试在控制系统中占有重要的地位，然而现有的机器人控制系统均没有集成调试系统，调试与动作控制分开进行，增加了调试的难度。有鉴于此，需要对四足仿生机械恐龙的控制系统进行优化设计，一方面简化控制系统的结构，另一方面方便扩展和调试。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是解决如何简化仿生机械恐龙的控制系统结构，并方便扩展和调试的问题。为了解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案是提供一种仿生机械恐龙的控制系统，包括发送控制指令的上位机和驱动各关节运动的动作执行器，所述上位机上设有发送控制各关节运动的动作控制模块、显示各关节运动状态的监测模块以及用于调试各动作控制器参数的调试模块；所述动作执行器分别通过动作控制器连接到CAN总线上，所述上位机根据用户指令发出相应的控制信号，所述控制信号通过CAN总线发送给相应的动作控制器使相应的动作执行器驱动相应的关节运动。在上述方案中，所述调试模块包括关节ID查看及修改单元和关节调试单元，所述关节ID查看及修改单元通过读取存放各关节ID的NodeID文件显示所有关节的ID号，并根据用户对相应关节ID的修改替换所述的NodeID文件；所述用户对相应关节ID的修改依据为相应动作控制器上的拨码位置；所述关节调试单元根据用户输入的若干个关节ID号及 其组合和相应的调整参数向特定的关节ID输出关节调整控制信号至所述动作控制模块。在上述方案中，所述调整参数包括驱动关节运动的速度、加速度、转角，以及关节的使能、相对运动、绝对运动、运动停止和打开抱闸。在上述方案中，所述监测模块130接收用户指令并根据相应动作执行器中的传感器信号，实时显示各关节的ID号、运动状态和运动参数；所述运动状态是指错误、准备和使能，并分别由不同的颜色表示；所述运动参数为关节的转角。在上述方案中，所述动作执行器为直流无刷伺服电机。在上述方案中，所述调试模块还包括用于调整动作控制器的PID参数的PID调整单元。在上述方案中，无自锁功能的电机上设有抱闸，相应的所述动作控制器上设有抱闸控制电路。在上述方案中，所述调试模块还包括NodeID搜索模块，通过查找节点功能搜索CAN网络中所有的节点，并根据是否收到回复为依据显示相应的成功与否结果。本技术，通过CAN总线将上位机和各动作控制器组建成CAN网络，大大简化了控制系统的结构，便于扩展；同时，在上位机上集成了显示各关节运动状态的监测模块以及用于调试各动作控制器参数的调试模块，大大方便了控制系统的调试。附图说明图I为本技术提供的仿生机械恐龙的控制系统结构框图；图2为本技术中上位机的原理框图；图3为本技术中的PID手工调节单元示意图；图4为本技术中的监测模块示意图；图5为本技术中关节调试单元意图。具体实施方式本技术提供的仿生机械恐龙的控制系统，包括发送控制指令的上位机和驱动各关节运动的动作执行器，动作执行器分别通过动作控制器连接到CAN总线上，上位机上设有发送控制各关节运动的动作控制模块、显示各关节运动状态的监测模块以及用于调试各动作控制器参数的调试模块，上位机根据用户指令发出相应的控制信号，控制信号通过CAN总线发送给相应的动作控制器驱动相应的动作执行器，使仿生机械恐龙完成诸如摇头、摆尾、前进、后退、张嘴等相应的动作。本技术中，一方面通过CAN总线将上位机和各动作控制器组建成CAN网络，大大简化了控制系统的结构，便于扩展；另一方面，由于在上位机中集成了监测模块和调试模块，可以对各动作控制器进行在位设置和调试，并实时监测各动作执行器的运行状态和参数，因此，大大方便了控制系统的调试。以下结合附图和具体实施例对本技术作出详细的说明。本技术所述的具体实施例中，大型四足仿生机械恐龙共具有17个关节的自由度，分别是头部嘴巴M、水平颈部BZ、垂直颈部BS、左前大腿QZD、左前小腿QZX、左前髋部QZK、左后大腿HZD、左后小腿HZX、左后髋部HZK、右前大腿QYD、右前小腿QYX、右前髋部QYK、右后大腿HYD、右后小腿HYX、右后髋部HYK、水平尾部WZ和垂直尾部WS。如图I、图2所示，仿生机械恐龙的控制系统包括发送控制指令的上位机100和驱动各关节运动的动作执行器300，上位机100上设有发送控制各关节运动的动作控制模块110、设置各关节参数的参数设置模块120、显示各关节运动状态的监测模块130以及用于调试各动作控制器参数的调试模块140，动作执行器300选用的是直流无刷伺服电机，用于驱动各关节产生相应的运动。·直流无刷伺服电机区别于传统电机，它除了有电机电枢、永磁励磁两部分外，还带有传感器(一般采用霍尔传感器)，通过传感器检测转子的位置及转速。直流无刷伺服电机通过运动驱动器进行控制，运动驱动器可以实现复杂的运动控制，即可以在线控制也可以离线控制，可以方便的选择位置、速度及力矩模式，而且动作控制器还提供了 CAN接口，方便进行组网。例如Maxon公司的EP0S(Easy to Use Positioning System),以及Technosoft公司的IDM/IDS系列。本实施例中，动作控制器选择的是BH0S8010动作控制器，它是一款模块化结构的数字位置控制器，可以驱动80-800 范围内的带编码器、霍尔信号的永磁无刷电机(BH)和直流有刷电机(DC)。BH0S8010动作控制器具有I/O信号接口(包括CAN接口及RS232接口)以及节点ID手动拨码开关，节点ID手动拨码开关用于在组网的本文档来自技高网...

【技术保护点】
仿生机械恐龙的控制系统，包括发送控制指令的上位机和驱动各关节运动的动作执行器，其特征在于：所述上位机上设有发送控制各关节运动的动作控制模块、显示各关节运动状态的监测模块以及用于调试各动作控制器参数的调试模块；所述动作执行器分别通过动作控制器连接到CAN总线上，所述上位机根据用户指令发出相应的控制信号，所述控制信号通过CAN总线发送给相应的动作控制器使相应的动作执行器驱动相应的关节运动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓建，李红卫，孙宇，朱位，
申请(专利权)人：中科宇博北京文化有限公司，
类型：实用新型
国别省市：