專利名稱：多cpu網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人控制器，尤其是一種多CPU組合滿足機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜要求的多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器。
背景技術(shù)：
控制器作為機(jī)器人系統(tǒng)的核心控制單元，直接決定著機(jī)器人的性能；同時(shí)，隨著機(jī)器人技術(shù)的日趨成熟，機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)、服務(wù)業(yè)中的應(yīng)用也日益復(fù)雜，這對(duì)機(jī)器人控制器的通用性、兼容性、復(fù)雜程度以及模塊化程序提出了更高的要求。機(jī)器人控制器除具備基本的運(yùn)動(dòng)控制外，還需借助外部傳感系統(tǒng)感知機(jī)器人周圍的環(huán)境信息，使其能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的變化，具有一定的智能性、自適應(yīng)性。網(wǎng)絡(luò)、總線作為機(jī)器人控制器與外部控制器的主要通訊手段，為適應(yīng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、總線技術(shù)的發(fā)展，新一代的控制器應(yīng)具備有靈活、標(biāo)準(zhǔn)、開放的多種網(wǎng)絡(luò)通訊功能。生產(chǎn)任務(wù)、生產(chǎn)環(huán)境的日趨復(fù)雜，對(duì)機(jī)器人技術(shù)的柔性和通用性提出了更高的要求，因此，機(jī)器人控制器還應(yīng)具備很好的擴(kuò)展性和可重構(gòu)性，以滿足復(fù)雜工藝的要求。工業(yè)應(yīng)用中，機(jī)器人周圍環(huán)境噪音大，電磁干擾嚴(yán)重，因此機(jī)器人控制器還應(yīng)具備各種抗干擾能力。系統(tǒng)異常時(shí)，還應(yīng)具備數(shù)據(jù)保存功能?，F(xiàn)有的控制器由一個(gè)CPU完成所有功能，其功能(處理能力、對(duì)環(huán)境感知能力、決策能力)、性能(實(shí)時(shí)性、可 靠性、穩(wěn)定性)受到了很大的限制，而且對(duì)CPU要求較高，因此僅能完成機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)控制和一些簡單的數(shù)字量、模擬量信號(hào)檢測(cè)，不能滿足當(dāng)前機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境、應(yīng)用復(fù)雜的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有的控制器由一個(gè)CPU完成所有功能，其功能和性能受到了很大的限制的缺陷，提供一種多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器，通過不同層級(jí)的CPU，多個(gè)同一層級(jí)CPU組合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制，功能和性能得到大的改善和提高。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器，包括控制機(jī)器人的規(guī)劃CPU，及與規(guī)劃CPU相配套并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€(gè)控制CPU，每個(gè)控制CPU連接數(shù)據(jù)存取單元、信息采集單元、控制單元和網(wǎng)絡(luò)通訊單元。信息采集單元采集了各種傳感信息，采集外部環(huán)境或者被測(cè)對(duì)象的某些特征，比如:圖像、語音、網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)動(dòng)信息，信息采集后傳輸?shù)娇刂艭PU，將機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存取單元中，規(guī)劃CPU融合多個(gè)控制CPU中采集的數(shù)據(jù)信息結(jié)合數(shù)據(jù)存取單元中機(jī)器人的數(shù)據(jù)，從而做出各種相應(yīng)的決策，控制機(jī)器人并向多控制CPU發(fā)送控制信號(hào)給控制單元，規(guī)劃CPU為最高級(jí)CPU,控制CPU為次一級(jí)CPU，不同層級(jí)的CPU組合后對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制，功能和性能得到大的改善和提聞。作為優(yōu)選，規(guī)劃CPU采用數(shù)字信號(hào)處理芯片，數(shù)字信號(hào)處理芯片連接決策單元并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，決策單元連接信息融合單元并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)字信號(hào)處理芯片連接有數(shù)據(jù)存取單元、系統(tǒng)配置單元、電源單元和復(fù)位晶振電路。信息融合單元接收信息采集單元的信息，將信息傳輸給決策單元，決策單元根據(jù)這些信息對(duì)機(jī)器人狀態(tài)進(jìn)行跟蹤，同時(shí)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行規(guī)劃，使機(jī)器人以期望路徑、目標(biāo)位置運(yùn)動(dòng)，并將決策信息輸出至控制CPU，控制相應(yīng)的信息采集單元執(zhí)行信息采集任務(wù)，系統(tǒng)配置單元主要配置控制單元的網(wǎng)絡(luò)、總線通訊及傳感器信息。作為優(yōu)選，信息融合單元通過網(wǎng)絡(luò)總線單元和信息采集單元相連并接收信息采集單元的信息，信息融合單元包括圖像數(shù)據(jù)接收模塊、語音數(shù)據(jù)接收模塊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收模塊和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)接收模塊。信息融合單元通過各接收模塊接收信息采集單元采集的各種信息，然后進(jìn)行融合，這種融合使用信息融合手段，比如嵌入約束法、證據(jù)組合法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。作為優(yōu)選，控制CPU包括數(shù)字信號(hào)處理芯片，數(shù)字信號(hào)處理芯片通過網(wǎng)絡(luò)總線單元接收規(guī)劃CPU的數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)字信號(hào)處理芯片連接信息預(yù)處理單元，信息預(yù)處理單元連接信息采集單元，數(shù)字信號(hào)處理芯片和數(shù)據(jù)存取單元相連，數(shù)字信號(hào)處理芯片連接有系統(tǒng)配置單元、電源單元和復(fù)位晶振電路。信息預(yù)處理單元將輸入的采集信息進(jìn)行濾波、去噪預(yù)處理，并將提取的有效信息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)、總線單元。作為優(yōu)選，控制CPU的數(shù)字信息處理芯片通過數(shù)據(jù)總線和地址總線與可編程邏輯器件相連，數(shù)字信號(hào)處理芯片通過A/D轉(zhuǎn)換電路與信息采集單元相連。作為優(yōu)選，電源單元包括24V電壓輸入接口及依次連接的12V電壓轉(zhuǎn)換芯片、5V電壓轉(zhuǎn)換芯片和3.3V電壓轉(zhuǎn)換芯片，12V電壓轉(zhuǎn)換芯片還連接有-5V電壓轉(zhuǎn)換芯片，-5V電壓轉(zhuǎn)換芯片和5V電壓轉(zhuǎn)換芯片并行。
作為優(yōu)選，網(wǎng)絡(luò)通訊單元包括并行的CAN驅(qū)動(dòng)芯片、以太網(wǎng)控制芯片和串口通訊芯片，CAN驅(qū)動(dòng)芯片、以太網(wǎng)控制芯片和串口通訊芯片的前和后均連接光電隔離芯片，光電隔離芯片。作為優(yōu)選，信息采集單元包括信息采集傳感器，信息采集傳感器包括圖像傳感器、語音傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳感器和運(yùn)動(dòng)傳感器。作為優(yōu)選，控制單元控制信息采集單元的各個(gè)信息采集傳感器。本實(shí)用新型的有益效果是:規(guī)劃CPU為最高級(jí)CPU，控制CPU為次一級(jí)CPU，不同層級(jí)的CPU組合后對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制，功能和性能得到大的改善和提高。

圖1是本實(shí)用新型一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型一種規(guī)劃CPU結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實(shí)用新型一種控制CPU結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型一種電源單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型一種網(wǎng)絡(luò)通訊單元的結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。[0025]實(shí)施例:一種多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器(參見附圖1)，包括控制機(jī)器人的規(guī)劃CPU,及與規(guī)劃CPU相配套并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€(gè)控制CPU，每個(gè)控制CPU連接數(shù)據(jù)存取單元、信息采集單元、控制單元和網(wǎng)絡(luò)通訊單元。信息采集單元包括信息采集傳感器，信息采集傳感器包括圖像傳感器、語音傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳感器和運(yùn)動(dòng)傳感器?？刂茊卧刂菩畔⒉杉瘑卧母鱾€(gè)信息采集傳感器。規(guī)劃CPU采用數(shù)字信號(hào)處理芯片(參見附圖2)，數(shù)字信號(hào)處理芯片連接決策單元并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，決策單元連接信息融合單元并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)字信號(hào)處理芯片連接有數(shù)據(jù)存取單元、系統(tǒng)配置單元、電源單元和復(fù)位晶振電路。信息融合單元通過網(wǎng)絡(luò)總線單元和信息采集單元相連并接收信息采集單元的信息，信息融合單元包括圖像數(shù)據(jù)接收模塊、語音數(shù)據(jù)接收模塊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收模塊和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)接收模塊?？刂艭PU包括數(shù)字信號(hào)處理芯片(參見附圖3)，數(shù)字信號(hào)處理芯片通過網(wǎng)絡(luò)總線單元接收規(guī)劃CPU的數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)字信號(hào)處理芯片連接信息預(yù)處理單元，信息預(yù)處理單元連接信息采集單元，數(shù)字信號(hào)處理芯片和數(shù)據(jù)存取單元相連，數(shù)字信號(hào)處理芯片連接有系統(tǒng)配置單元、電源單元和復(fù)位晶振電路。控制CPU的數(shù)字信息處理芯片通過數(shù)據(jù)總線和地址總線與可編程邏輯器件相連，數(shù)字信號(hào)處理芯片通過A/D轉(zhuǎn)換電路與信息采集單元相連。電源單元(參見附圖4)包括24V電壓輸入接口及依次連接的12V電壓轉(zhuǎn)換芯片、5V電壓轉(zhuǎn)換芯片和3.3V電壓轉(zhuǎn)換芯片，12V電壓轉(zhuǎn)換芯片還連接有-5V電壓轉(zhuǎn)換芯片，-5V電壓轉(zhuǎn)換芯片和5V電壓轉(zhuǎn)換芯片并行。網(wǎng)絡(luò)通訊單元(參見附圖5)包括并行的CAN驅(qū)動(dòng)芯片、以太網(wǎng)控制芯片和串口通訊芯片，CAN驅(qū)動(dòng)芯片、以太網(wǎng)控制芯片和串口通訊芯片的前和后均連接光電隔離芯片，光電隔尚芯片。以上所述的實(shí)施例只是本實(shí)用新型的一種較佳方案，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求 所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
權(quán)利要求1.一種多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器，其特征在于包括控制機(jī)器人的規(guī)劃CPU，及與規(guī)劃CPU相配套并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€(gè)控制CPU，每個(gè)控制CPU連接數(shù)據(jù)存取單元、信息采集單元、控制單元和網(wǎng)絡(luò)通訊單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器，其特征在于規(guī)劃CPU采用數(shù)字信號(hào)處理芯片，數(shù)字信號(hào)處理芯片連接決策單元并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，決策單元連接信息融合單元并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)字信號(hào)處理芯片連接有數(shù)據(jù)存取單元、系統(tǒng)配置單元、電源單元和復(fù)位晶振電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器，其特征在于信息融合單元通過網(wǎng)絡(luò)總線單元和信息采集單元相連并接收信息采集單元的信息，信息融合單元包括圖像數(shù)據(jù)接收模塊、語音數(shù)據(jù)接收模塊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收模塊和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)接收模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器，其特征在于控制CPU包括數(shù)字信號(hào)處理芯片，數(shù)字信號(hào)處理芯片通過網(wǎng)絡(luò)總線單元接收規(guī)劃CPU的數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)字信號(hào)處理芯片連接信息預(yù)處理單元，信息預(yù)處理單元連接信息采集單元，數(shù)字信號(hào)處理芯片和數(shù)據(jù)存取單元相連，數(shù)字信號(hào)處理芯片連接有系統(tǒng)配置單元、電源單元和復(fù)位晶振電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器，其特征在于控制CPU的數(shù)字信息處理芯片通過數(shù)據(jù)總線和地址總線與可編程邏輯器件相連，數(shù)字信號(hào)處理芯片通過A/D轉(zhuǎn)換電路與信息采集單元相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器，其特征在于電源單元包括24V電壓輸入接口及依次連接的12V電壓轉(zhuǎn)換芯片、5V電壓轉(zhuǎn)換芯片和3.3V電壓轉(zhuǎn)換芯片，12V電壓轉(zhuǎn)換芯片還連接有-5V電壓轉(zhuǎn)換芯片，-5V電壓轉(zhuǎn)換芯片和5V電壓轉(zhuǎn)換芯片并行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器，其特征在于網(wǎng)絡(luò)通訊單元包括并行的CAN驅(qū)動(dòng)芯片、以太網(wǎng)控制芯片和串口通訊芯片，CAN驅(qū)動(dòng)芯片、以太網(wǎng)控制芯片和串口通訊芯片的前和后均連接光電隔離芯片，光電隔離芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器，其特征在于信息采集單元包括信息采集傳感器，信息采集傳感器包括圖像傳感器、語音傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳感器和運(yùn)動(dòng)傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器，其特征在于控制單元控制信息采集單元的各個(gè)信息采集傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多CPU網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器，解決了現(xiàn)有的控制器由一個(gè)CPU完成所有功能，其功能和性能受到了很大的限制的缺陷，包括控制機(jī)器人的規(guī)劃CPU，及與規(guī)劃CPU相配套并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€(gè)控制CPU，每個(gè)控制CPU連接數(shù)據(jù)存取單元、信息采集單元、控制單元和網(wǎng)絡(luò)通訊單元。規(guī)劃CPU為最高級(jí)CPU，控制CPU為次一級(jí)CPU，不同層級(jí)的CPU組合后對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制，功能和性能得到大的改善和提高。
文檔編號(hào)G05B19/418GK203149363SQ201320070710
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者樓曉春, 陳華凌 申請(qǐng)人:杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院