專利名稱：一種模塊化嵌入式多足機器人運動控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機器人技術領域，具體涉及一種模塊化嵌入式多足機 器人運動控制器。
背景技術：
機器人控制器是機器人系統(tǒng)中最重要、最關鍵的部分。機器人控制器 性能的好壞直接決定著機器人的運動性能?，F(xiàn)有的機器人系統(tǒng)多是專用系 統(tǒng)，只能適應于特定結構的機器人，一旦機器人的結構改變，其控制器也 得重新設計，從而限制了機器人根據(jù)任務和工作環(huán)境的要求進行變更或擴 展的能力。且現(xiàn)有的控制器不具有容錯功能，機器人的某些關節(jié)一旦遭到 破壞整個機器人系統(tǒng)立刻陷入癱瘓狀態(tài)。目前存在的各種開放式結構機器人控制器雖然做到了可移植性，可擴 展性等，但大多采用工業(yè)控制計算機作為控制器，硬件結構無法改變，且 成本高，體積大，無法做到嵌入式控制。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服己有控制器的不足之處，提供一種模塊化 嵌入式多足機器人運動控制器，該控制器軟件系統(tǒng)靈活、穩(wěn)定，是一種具 有可重構、'可容錯的嵌入式控制器。本實用新型提供的模塊化嵌入式多足機器人運動控制器，其特征在于: 該控制器包括PC模塊、機身控制模塊和分別位于各條足上的足單元控制模塊；其中，PC模塊包括操作軟件模塊和第一通信模塊，操作軟件模塊用于實現(xiàn)環(huán) 境識別、路徑規(guī)劃和歩態(tài)規(guī)劃功能，并將計算出的數(shù)據(jù)傳送給第一通信模
塊；第一通信模塊具有處理機身總線數(shù)裙的功能，將機身控制模塊與PC模 塊通過USB總線連接；機身控制模塊包括第二 PC通信模塊、狀態(tài)顯示模塊和機身控制器；第 二PC通信模塊用于與第一通信模塊通信，并將數(shù)據(jù)傳送給機身控制器；機 身控制器采用ARM處理器對數(shù)據(jù)進行處理后再將處理后的數(shù)據(jù)轉發(fā)到各 足單元控制器，機身控制器的狀態(tài)通過狀態(tài)顯示模塊予以顯示；足單元控制模塊包括足單元控制器、髖關節(jié)控制模塊、膝關節(jié)控制模 塊、踝關節(jié)控制模塊和傳感器模塊；足單元控制器協(xié)調控制一條足內(nèi)的三 個關節(jié)的協(xié)調運動，并向機身控制模塊反餓整條足的運動狀態(tài)；髖關節(jié)控 制模塊、膝關節(jié)控制模塊、踝關節(jié)控制模塊結構相同，均由關節(jié)控制器和 足關節(jié)電機構成；關節(jié)控制器根據(jù)機身控制模塊通過CAN一Bus傳送的運動 數(shù)據(jù)，采用單片機控制足關節(jié)電機進行預定的運動，通過足關節(jié)傳動鏈將 運動傳遞到關節(jié)機構本體，各關節(jié)的協(xié)調運動形成機器人的整體運動，再 通過傳感器模塊將關節(jié)的運動狀態(tài)進行反饋，實現(xiàn)閉環(huán)控制。本實用新型所提出的模塊化嵌入式機器人控制器采用分層式控制方 式，由數(shù)據(jù)運算層、以ARM微處理器為控制核心的機身控制層和單片機為 控制核心的關節(jié)控制層組成。數(shù)據(jù)運算層建立在PC機上，計算機器人的步 態(tài)數(shù)據(jù)。機身控制層以ARM處理器為控制核心，可存儲機器人的步態(tài)數(shù)據(jù)， 實現(xiàn)機器人的離線運動，也擁有與PC機的無縫聯(lián)接接口，由PC機對機器 人實現(xiàn)在線調試，關節(jié)控制層則由單片機為控制核心。具體而言，本實用 新型具有以下技術效果(1) 本實用薪型所提出的機器人控制器具有可重構能力，當機器人根據(jù) 任務和工作環(huán)境的要求進行變吏或擴展時，只須將關節(jié)控制器加入到機身 控制器的CAN總線網(wǎng)絡或從網(wǎng)絡中刪除即可。(2) 當機器人在運行中遭到破壞，機身控制器會自動識別并關閉該關 節(jié)，直接跳出對該關節(jié)的操作，擁有--'定的容錯能力。(3) 機身控制層擴展關節(jié)，增添其他設備可實現(xiàn)即插即用，自動識別ID號。 (4)本實用新型可以用于機器人的控制，也可以用于其他運動系統(tǒng)的控制。


圖1為模塊化可重構機器人各邏輯層與物理實現(xiàn)的對應關系圖圖2為本實用新型模塊化嵌入式多足機器人運動控制器的結構示意圖；圖3操作軟件模塊流程圖；圖4為機身控制器硬件結構框圖；圖5為機身控制器軟件系統(tǒng)框圖圖6為關節(jié)控制器硬件框圖；圖7為關節(jié)控制器軟件三層抽象圖8為關節(jié)控制器軟件流程圖圖9為ID識別流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實例對本實用新型提出的一種模塊化嵌入式機器人控 制器作進一步詳細的說明。本實用新型中的模塊化嵌入式機器人能夠實現(xiàn)類似于普通步行機器人 的步行運動，而且能夠通過向機器人平臺添加新的模塊為機器人提供擴展 功能。因此該控制器需要實現(xiàn)兩方面的功能(l)控制機器人完成諸如步行、 轉向等基本動作；(2)支持模塊化的功能，即為機器人的擴展模塊提供標準、 便利的接口，實現(xiàn)"即插即用"功能。為了實現(xiàn)模塊化的功能，需要具體 實現(xiàn)(l)將控制系統(tǒng)劃分為不同的邏輯層級，(2)在每一邏輯層中實現(xiàn)一 類功能，(3)在邏輯層之間使用標準接口進行交互。在實現(xiàn)了具有模塊化特征的控制系統(tǒng)后，通過分析機器人運動控制策 略，可以將機器人的運動控制進行細分，并將其按照功能的不同劃分入控 制系統(tǒng)邏輯層中。如圖1所示，具體邏輯層包括場景規(guī)劃層，單機規(guī)劃 層，單元模塊層和設備實現(xiàn)層。場景規(guī)劃層通過識別機器人所處環(huán)境，對 機器人進行路徑規(guī)劃，并對機器人進行正逆運動學計算。場景規(guī)劃層主要
對機器人所在環(huán)境進行識別，并根據(jù)環(huán)境決定機器人的下一步動作，在物 理實現(xiàn)上為步態(tài)生成器。單機規(guī)劃層主要對多個關節(jié)控制器進行協(xié)調控制， 并對機身總線和關節(jié)總線進行操作，對應于物理實現(xiàn)上的機身控制器。單元模塊層主要負責各個模塊間的通信，處理CANLBus數(shù)據(jù)，在物理實現(xiàn)上 為多個關節(jié)控制器。設備實現(xiàn)層負責執(zhí)行命令，具體為驅動執(zhí)行器電動機 按指定運動參數(shù)運動，在物理實現(xiàn)上為電機控制電路、執(zhí)行機構和傳感器。 如圖2所示，根據(jù)上述思路，本實用新型中的模塊化嵌入式多足機器 人運動控制器包括PC模塊1 、機身控制模塊2和若干個足單元控制模塊3。 PC模塊1用于識別機器人所處環(huán)境，根據(jù)高級算法確定機器人的下一步動 作并將數(shù)據(jù)傳送給機身控制模塊2。機身控制模塊2用于將該數(shù)據(jù)處理成為 具體運動數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)通過機身總線分發(fā)到各足單元控制模塊3。一、 PC模塊1PC模塊1位于PC機內(nèi)，它對應于分層控制邏輯層中的場錄規(guī)劃層， 其軟件模塊包括操作軟件模塊11和第一通信模塊12。操作軟件模塊11用 于實現(xiàn)環(huán)境識別、路徑規(guī)劃和步態(tài)規(guī)劃功能。如圖3所示，操作軟件模塊 11的工作流程為(1) 獲取工作任務進行任務規(guī)劃，生成子任務序列。并獲取子任務優(yōu)先 級及子任務信息。(2) 根據(jù)各子任務的優(yōu)先級調處優(yōu)先級最高的子任務作為當前任務。(3) 調入子任務信息，進行處理生成運動指令序列，將該序列傳送給第 一通信模塊12后，繼續(xù)調用下一個子任務，直到完成所有的運動任務。(4) 當所有任務完成后根據(jù)機身控制模塊的反饋數(shù)據(jù)總結決策經(jīng)驗，并 更新決策庫。操作軟件模塊11將計算出的數(shù)據(jù)傳送給第一通信模塊12，第一通信模 塊12具有處理機身總線數(shù)據(jù)的功能，將機身控制模塊2與PC模塊1連接 起來。機身控制模塊2與PC模塊1通過USB總線連接。二、 機身控制模塊2機身控制模塊2對應于分層控制邏輯層中的單機規(guī)劃層。機身控制模 塊2的功能如下1)在離線運動時進行生成步態(tài)，并協(xié)調控制多個關節(jié)控 制器完成運動。2)在與PC聯(lián)調吋存儲轉發(fā)PC上層軟件生成的運動數(shù)據(jù)，并協(xié)調各個關節(jié)控制器的運行。機身控制模塊2由第二 PC通信模塊21 、狀態(tài)顯示模塊22和機身控制 器23組成。第二 PC通信模塊21與PC模塊1中的第一通信模塊12通信， 并將數(shù)據(jù)傳送給機身控制器23。機身控制器23對數(shù)據(jù)進行處理后再將處理 后的數(shù)據(jù)轉發(fā)到各足單元控制器。機身控制器23的狀態(tài)通過狀態(tài)顯示模塊 22顯示出來方便調試以及錯誤診斷。如圖4所示，機身控制器23包括USB一Bus控制模塊231 、傳感器模塊 接口 232、串口通信模塊233、 ARM微處理器234和CAN一Bus驅動模塊 235。機身控制器23采用ARM微處現(xiàn)器234作為控制核心。與工業(yè)控制計 算機相比，ARM嵌入式微處理器具有體積小，重量輕，成本低及可靠性高 的優(yōu)點。在ARM的外圍加上USB_Bus控制模塊231用于接受來自PC模塊 1通過USB—Bus傳送的運動指令數(shù)據(jù)，并將機器人運動狀態(tài)返回給PC模 塊1。傳感器模塊接口 232用于為足單元模塊3中的傳感器3提供接口。串 口通信模塊233傳送和發(fā)送通過串口來自PC模塊1的數(shù)據(jù)，主要在調試過 程中使用。CAN_Bus驅動模塊235連接到CAN—Bus網(wǎng)絡，為ARM微處理 器234中的CAN控制器提供與物理總線之間的物理接口 。由于機身控制層的數(shù)據(jù)流量大，任務繁多，存在多層中斷嵌套，對實 時性要求比較高，因此再采用傳統(tǒng)的前后臺系統(tǒng)的軟，結構顯然不能滿足 要求。如圖5所示，ARM微處理器234通過移植嵌入式操作系統(tǒng)/iC/OS-〃可 以使機身控制程序能夠利用多線程、動態(tài)內(nèi)存分配等高級功能完成更加復 雜的任務。ARM微處理器234的程序結構可分成兩層:操作系統(tǒng)和應用程序。 操作系統(tǒng)是在ARM啟動后苜先執(zhí)行的背景程序，應用程序則是在操作系統(tǒng) 之上的各個任務，操作系統(tǒng)根據(jù)各個任務的要求，進行資源管理，消息管 理，任務調度及異常處理等工作。//(:/05-//是一個源碼公開，可移植，可 固化，可裁剪及占先式的實時多任務操作系統(tǒng)，絕大部分源碼使用ANSIC 寫的，與微處理器硬件相關的部分是使用匯編語言編寫。因此操作系統(tǒng)包括/zc/os-〃內(nèi)核，//C/os-n任務設置，//C/os-n系統(tǒng)移植代碼。
-/OS-//內(nèi)核提供所有的系統(tǒng)服務。內(nèi)核將應用程序與底層硬件有機的結 合成一個實時系統(tǒng)。與處理器相關的代碼(/^/05-//移植代碼)可以看作 是內(nèi)核與硬件之間的中間層，它實現(xiàn)了同一內(nèi)核應用于不同硬件體系中。 //C/0S-II任務設置則是與應用程序相關的對操作系統(tǒng)的設置。應用程序由多個任務組成，每個任務都有唯一的優(yōu)先級，實時操作系 統(tǒng)根據(jù)各個任務的優(yōu)先級，動態(tài)的切換各個任務，保證對實時性的要求。 USB一Bus數(shù)據(jù)處理任務優(yōu)先級最高，用于接收來自PC機的運動數(shù)據(jù)，以 及返回機器人控制器的各種狀態(tài)信息。CAN—Bus數(shù)據(jù)處理任務處理機身總 線上的數(shù)據(jù)，向關節(jié)控制層的多個控制器分發(fā)運動指令，并實時監(jiān)控各關 節(jié)控制器的狀態(tài)，當出現(xiàn)有關節(jié)控制器出錯，或有新ID注冊時，讓出錯分 析處理任務或ID識別記錄任務處于就緒態(tài)，并進行任務調度。系統(tǒng)指令處 理任務負責將PC發(fā)送的數(shù)據(jù)進行分析，處理，并分發(fā)。當要進行離線運行 時離線數(shù)據(jù)運行任務讀取存儲器中運動數(shù)據(jù)進行機器人的運行控制。串口 數(shù)據(jù)處理任務及顯示模塊任務都是為了方便調試而設置的，其優(yōu)先級最低， 只在無其他任務時運行。 三、足單元控制模塊3步行機器人通常由多只足構成，毎只足上設有一個足單元控制模塊。 足單元控制模塊對應于分層控制邏輯層中的單元模塊層和設備實現(xiàn)層。本 實用新型中的足單元控制模塊3包括足單元控制器30、俄關節(jié)控制模塊31、 膝關節(jié)控制模塊32、踝關節(jié)控制模塊33和傳感器模塊34。髖關節(jié)控制模 塊31位于髖關節(jié)，膝關節(jié)控制模塊32位于膝關節(jié)，踝關節(jié)模塊位于踝關 節(jié)。足單元控制器30負責協(xié)調控制一條足內(nèi)的三個關節(jié)的協(xié)調運動，并向 機身控制模塊2反鎖整條足的運動狀態(tài)。由于每條足在結構和功能上都相 同，因此各條足上的足單元控制器也相同。為了充分利用關節(jié)控制器的剩 余能力，在不增加硬件成本的基礎上實現(xiàn)了足單元控制器的功能，可以將 每條足中的髖關節(jié)控制器31的功能進行.擴充，使其具備足單元控制器30的功能。髖關節(jié)控制模塊31、膝關節(jié)控制模塊32和踝關節(jié)控制模塊33的硬件
結構也相同，均由關節(jié)控制器和足關節(jié)電機構成。關節(jié)控制器根據(jù)機身控制模塊2通過CAN一Bus傳送的運動數(shù)據(jù)控制足 關節(jié)電機進行預定的運動，通過足關節(jié)傳動鏈將運動傳遞到關節(jié)機構本體， 多個關節(jié)的協(xié)調運動則形成機器人的整體運動，通過傳感器模塊34將關節(jié) 的運動狀態(tài)進行反饋，以達到閉環(huán)控制的效果。關節(jié)控制器是模塊化思想中的關鍵。如圖6所示，關節(jié)控制器由三個 模塊組成，分別是單片機控制模塊6h電機控制和驅動模塊62以及CAN 通信模塊63。單片機控制模塊61由單片機最小系統(tǒng)611、電源監(jiān)控模塊612 和顯示模塊613構成。其屮，單片機最小系統(tǒng)611保證單片機能完成最簡 單的功能，電源監(jiān)控模塊612使單片機在外接電源發(fā)生波動時仍能正常運 行，顯示模塊613實時顯示關節(jié)控制器的運行狀態(tài)，方便調試。電機控制和驅動模塊62根據(jù)CAN通信模塊63接受的運動數(shù)據(jù)控制驅 動電機運行，它包括電機控制器621和電機驅動器622。電機控制器621采 用專用的運動控制處理器，對于關節(jié)控制器的主CPU單片機來說，要控制 電動機的運動狀態(tài)，只需要設定電機的位置、速度以及加速度等相關參數(shù)， 減輕了CPU的負擔，簡化了控制方法，提高了控制效率。電機控制部分產(chǎn) 生控制電機的運動的信號，而電機的實際運動霈要有驅動部分來實現(xiàn)。本 實用新型中電機驅動器622采用集成化的功率驅動電路來實現(xiàn)，由電機控 制器輸出PWM波來控制電機驅動器，達到功率放大的作用。電機驅動器 622直接與直流電機623相連完成運動要求。由于在電機控制器621和電機 驅動器623之間存在著較大的電磁干擾，采用光耦624進行隔離。CAN通信模塊63負責關節(jié)控制器與機身控制器的通信，接受機身控制 模塊2發(fā)送的運動數(shù)據(jù)，并實時返回關節(jié)的運動狀態(tài)。CAN是到目前為止 唯一擁有國際標準的現(xiàn)場總線，具有抗干擾強、傳輸速度快和傳輸距離長 等特點，只需通過對報文的標示符濾波即可實現(xiàn)點對點、 一點對多點及全 局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，因此我們采用CAN總線作為機身總線。 使用CAN總線能夠很好地支持模塊化的結構。CAN總線通信模塊也分為 CAN總線控制器631和CAN總線驅動器632兩部分，CAN總線控制器631 以一塊可編程芯片上的邏輯電路的組合來實現(xiàn)網(wǎng)絡層次結構中數(shù)據(jù)鏈路層
和物理層的功能。CAN總線驅動器632提供了物理總線與CAN總線控制 器631之間的接口。 CAN總線控制器631和CAN總線驅動器632均采用 專用芯片來實現(xiàn)。由單片機對其進行編程實現(xiàn)控制。關節(jié)控制器6通過單片機最小系統(tǒng)611的軟件編程實現(xiàn)其控制，其體 系結構包括三層抽象軟件即硬件相關層(底層)、自定義函數(shù)層(中間 層)和應用層(最髙層)，如圖7所示。其中自定義函數(shù)層和應用層也可稱 為與硬件無關層。層與層之間是單向調用的關系，即只能由上一層調用下 一層函數(shù)，但是下一層卻不能調用上一層的函數(shù)。而且調用只能在相鄰層 之間，而不能跨層調用，比如應用層不能跳過自定義函數(shù)層去調用硬件相 關層中的函數(shù)。使用這樣的三層結構設計的好處是當硬件系統(tǒng)改變以后，只需要更改硬件相關層，而中間層和應用層不需要進行多大的改變就可以 適應新的硬件平臺。這樣的體系結構提高了軟件的開放性和可移植性。由于關節(jié)控制層的任務數(shù)較少，且關節(jié)控制層中微控制器的存儲容量 有限，因此關節(jié)控制層的整體流程采用前后臺方式，應用程序是一個無限 循環(huán)。循環(huán)中調用相應的函數(shù)完成相應的操作，中斷服務程序處理異步事件。事件相關性很強的關鍵操作靠中斷服務程序保證。其具體流程如圖8 所示。當系統(tǒng)上電復位后，由系統(tǒng)初始化程序初始化單片機，電機控制器， CAN總線控制器及設置中斷方式和優(yōu)先級。然后由ID識別模塊識別出該 關節(jié)的ID值并向機身控制器進行枚舉。進入主循環(huán)，査詢CAN總線事件 發(fā)生標志，電機到位標志，電機堵轉標志，以及CAN網(wǎng)絡出錯標志。當有 標志位置位時則調用相應的函數(shù)進行處理。當有中斷到來時，在中斷處理 程序中并不馬上進行處理，只是改變該標志位，在主循環(huán)中再進行處理。 這樣可以防止進入中斷時間過長，相應其他中斷的速度變慢而使得系統(tǒng)整 體中斷響應時間變長。ID自識別是機器人實現(xiàn)可重構和可容錯的關鍵點。當機器人需重構時, 只要將要添加或更改的關節(jié)ID用撥碼開關的方式改變，并復位具體的關節(jié) 控制器，無須對機身控制器操作即可實現(xiàn)ID自動更新，實現(xiàn)即插即用。ID 自識別的流程如圖9所示，當關節(jié)控制器復位后，首先讀出撥碼開關所指 示的ID號，控制器先以OxOO為ID號，向機身控制器發(fā)出枚舉信號，等待 機身控制其響應后，將讀出的ID號發(fā)送給機身控制器，機身控制器首先判 斷該ID號是否已經(jīng)存在，若不存在，則在其關節(jié)ID鏈表中添加該ID號， 并向關節(jié)控制器發(fā)送確認禎，關節(jié)控制器受到確認禎后將該ID號設為CAN 總線ID號進行通訊。若該ID號在機身控制器中己存在，則通知關節(jié)控制 器ID出錯，并報警。
權利要求1、 一種模塊化嵌入式多足機器人運動控制器，其特征在于該控制器 包括PC模塊(1)、機身控制模塊(2)和分別位于各條足上的足單元控制模塊 (3);其中，PC模塊(1)包括操作軟件模塊(11)和第一通信模塊(12)，操作軟件模塊(ll)用于實現(xiàn)環(huán)境識別、路徑規(guī)劃和步態(tài)規(guī)劃功能，并將計算出的數(shù)據(jù)傳送 給第一通信模塊(12);第一通信模塊(12)具有處理機身總線數(shù)據(jù)的功能，將 機身控制模塊(2)與PC模塊(l)通過USB總線連接；機身控制模塊(2)包括第二 PC通信模塊(21)、狀態(tài)顯示模塊(22)和機身 控制器(23);第二PC通信模塊(21)用于與第一通信模塊(12)通信，并將數(shù)據(jù) 傳送給機身控制器(23);機身控制器(23)采用ARM處理器對數(shù)據(jù)進行處理 后再將處理后的數(shù)據(jù)轉發(fā)到各足單元控制器，機身控制器(23)的狀態(tài)通過狀 態(tài)顯示模塊(22)予以顯示；足單元控制模塊(3)包括足單元控制器(30)、截關節(jié)控制模塊(31)、膝關 節(jié)控制模塊(32)、踝關節(jié)控制模塊(33)和傳感器模塊(34):足單元控制器(30) 用于協(xié)調控制一條足內(nèi)的三個關節(jié)的協(xié)調運動，并向機身控制模塊(2)反饋 整條足的運動狀態(tài)；髖關節(jié)控制模塊(31)、膝關節(jié)控制模塊(32)、踝關節(jié)控 制模塊(33)結構相同，均由關節(jié)控制器和足關節(jié)電機構成；關節(jié)控制器根據(jù) 機身控制模塊(2)通過CAN一Bus傳送的運動數(shù)據(jù)，采用單片機控制足關節(jié) 電機進行預定的運動，通過足關節(jié)傳動鏈將運動傳遞到關節(jié)機構本體，各 關節(jié)的協(xié)調運動形成機器人的整體運動，再通過傳感器模塊(34)將關節(jié)的運 動狀態(tài)進行反饋，實現(xiàn)閉環(huán)控制。
2、 根據(jù)權利要求1所述的模塊化嵌入式多足機器人運動控制^S，其特 征在于所述足單元控制器(30)和髖關節(jié)控制模塊(31)合為一體。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的模塊化嵌入式多足機器人運動控制器，其特征在于機身控制器23包括USB一Bus控制模塊(231)、傳感器模塊接 口(232)、串口通信模塊(233)、 ARM微處理器(234)和CAN一Bus驅動模塊 (235);其中，ARM微處理器(234)采用移植嵌入式操作系統(tǒng)</05-//,根據(jù)各個任 務的要求，進行資源管理，消息管理，任務調度及異常處理工作，并初始 化和處理來自USB—Bus控制模塊(231)、傳感器模塊接口(232)、串口通信 模塊(233) CAN_Bus驅動模塊(235)的數(shù)據(jù)；USB一Bus控制模塊(231)用于接受來自PC模塊(1)通過USB—Bus傳 送的運動指令數(shù)據(jù)，并將機器人運動狀態(tài)返回給PC模塊；傳感器模塊接口(232)用于為足單元模塊(3)中的傳感器模塊(34)提 供接口；串口通信模塊(233)傳送在調試過程中來自PC模塊(1)的數(shù)據(jù) CAN一Bus驅動模塊(235)連接到CAN_Bus網(wǎng)絡，為ARM微處理器 (234)中的CAN控制器提供與物理總線之間的物理接口。
4、 根據(jù)權利要求3所述的模塊化嵌入式多足機器人運動控制器，其特 征在于所述關節(jié)控制器由單片機控制模塊(61),電機控制和驅動模塊(62) 以及CAN通信模塊(63)構成；其中，單片機控制模塊(61)用于控制單片機正常工作，接受CAN通信模塊 (63)的總線數(shù)據(jù)，處理后的數(shù)據(jù)傳入電機控制驅動模塊(62)控制和驅 動電機按指令運動；并接受來自電機驅動模塊(62)的電機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)， 分析后生成關節(jié)運動狀態(tài)數(shù)據(jù)通過CAN通信模塊(63)發(fā)送到總線上；電機控制和驅動模塊(62)接受單片機控制模塊(61)的運動指令數(shù)據(jù)， 控制和驅動電機，并將電機運行狀態(tài)返回到單片機控制模塊(61);CAN通信模塊(63)接受CAN總線上的數(shù)據(jù)且傳送給單片機控制模塊 (61)，將單片機控制模塊(61)返回的關節(jié)狀態(tài)發(fā)送到CAN總線上。
5、 根據(jù)權利要求4所述的模塊化嵌入式多足機器人運動控制器，其特 征在于單片機控制模塊(61)由單片機最小系統(tǒng)(611)、電源監(jiān)控模塊(612) 和顯示模塊(613)構成；其中，單片機最小系統(tǒng)(611)用于單片機完成最基本的的功能，電源監(jiān) 控模塊(612)使單片機在外接電源發(fā)生波動時仍能正常運行，顯示模塊(613) 實時顯示關節(jié)控制器的運行狀態(tài)。
6、 根據(jù)權利要求4所述的模塊化嵌入式多足機器人運動控制器，其特 征在于電機控制和驅動模塊(62)包括電機控制器(621)和電機驅動器(622)，電 機控制器(621)用于控制電機工作，出PWM波來控制電機驅動器(622)工作， 達到功率放大的作用，電機驅動器(622)與直流電機(623)相連完成運動要求， 電機控制器(621)和電機驅動器(623)之間采用光耦(624)進行隔離。
7、 根據(jù)權利要求4所述的模塊化嵌入式多足機器人運動控制器，其特 征在于CAN總線通信模塊(63)由CAN總線控制器(631)和CAN總線驅動 器(632)構成，CAN總線控制器(631)實現(xiàn)網(wǎng)絡層次結構中數(shù)據(jù)鏈^^層和物理 層的功能，CAN總線驅動器(632)用于提供物理總線與CAN總線控制器(631) 之間的接口。
專利摘要本實用新型公開了一種模塊化嵌入式多足機器人運動控制器，包括PC模塊、機身控制模塊和分別位于各條足上的足單元控制模塊。PC模塊用于識別機器人所處環(huán)境，確定機器人的下一步動作并將數(shù)據(jù)傳送給機身控制模塊。機身控制模塊用于將該數(shù)據(jù)處理成為具體運動數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)通過機身總線分發(fā)到各足單元控制模塊。本實用新型采用分層式控制方式，由數(shù)據(jù)運算層、機身控制層和關節(jié)控制層組成。數(shù)據(jù)運算層建立在PC機上，根據(jù)機器人的正逆運動學、動力學計算出機器人的步態(tài)數(shù)據(jù)。機身控制層以ARM處理器為控制核心。機身控制層有較大的存儲空間，可存儲機器人的步態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)機器人的離線運動，也擁有與PC機的無縫聯(lián)接接口，由PC機對機器人實現(xiàn)在線調試。
文檔編號B25J13/00GK201020717SQ200720084178
公開日2008年2月13日 申請日期2007年4月13日 優(yōu)先權日2007年4月13日
發(fā)明者何學明, 翊 孫, 曾理湛, 蒲華燕, 賈文川, 軍 趙, 陳學東 申請人:華中科技大學