CN107309877A - 四足机器人的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种四足机器人的控制系统。所述系统包括：信号处理模块，与各种传感及控制模块连接，通过与所述传感及控制模块之间的连接，获取传感信号及控制信号，并对获取到的所述传感信号及所述控制信号进行处理；主控制器，与所述信号处理模块连接，根据由所述信号处理模块获取到的所述传感信号及所述控制信号，生成对各个关节上的伺服电机进行控制的伺服控制信号；以及伺服控制模块，根据由所述主控制器获取到的所述伺服控制信号，对所述伺服电机进行伺服控制。本发明实施例提供的四足机器人的控制系统实现了机器人控制系统的模块化、分布式控制。

Description

四足机器人的控制系统
技术领域
本发明实施例涉及机器人技术领域，尤其涉及一种四足机器人的控制系统。
背景技术
目前，地面移动机器人按运动方式的不同，可将其分为轮式机器人、履带式机器人和蹆足式机器人。轮式机器人在相对平坦的硬质路面上运动时，具有速度快、效率高、运动噪音低等优点，但其在穿越复杂地形的能力以及运动的灵活性上存在一定的不足。履带式机器人能在具有一定崎岖度的地形上行走，野外作业能力强，改善了轮式机器人对松软地面和不平坦地面的适应能力，但其存在着运动速度和传动效率都相对较低，且运动噪音较大等缺点。
蹆足式机器人有着轮式和履带式机器人无法比拟的优点，它可以利用孤立的地面支撑而不是轮式机器人所需的连续地面支撑，在可能到达的地面上选择最优的支撑点，因而，蹆足式机器人具有较强的环境适应性和运动灵活性，可以跨越地形上尺寸较小的障碍物，通过崎岖、松软或泥泞的地面。
目前的蹆足式机器人的控制系统都采用一片DSP来实现。这种实现方式的缺陷在于，单片DSP的处理能力有限，很难及时处理完成蹆足式机器人在运动过程中所需的传感信息。而且，这种实现方式会导致控制系统的复杂化，对软件和硬件开发要求较高，不方便模块化，也不方便工程师之间的开发协作。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种四足机器人的控制系统，以实现机器人控制系统的模块化、分布式控制。
本发明实施例提供了一种四足机器人的控制系统，所述系统包括：
信号处理模块，与各种传感及控制模块连接，通过与所述传感及控制模块之间的连接，获取传感信号及控制信号，并对获取到的所述传感信号及所述控制信号进行处理；
主控制器，与所述信号处理模块连接，根据由所述信号处理模块获取到的所述传感信号及所述控制信号，生成对各个关节上的伺服电机进行控制的伺服控制信号；以及
伺服控制模块，根据由所述主控制器获取到的所述伺服控制信号，对所述伺服电机进行伺服控制。
本发明实施例提供的四足机器人的控制系统，通过设置用于信号采集及处理的信号处理模块，用于控制信号生成的主控制器以及伺服控制的伺服控制模块，使得四足机器人的控制系统不再是仅依靠单一核心的控制系统，实现了机器人控制系统的模块化、分布式控制。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明第一实施例提供的四足机器人的控制系统的结构图；
图2是本发明第二实施例提供的四足机器人的控制系统的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
第一实施例
本实施例提供了四足机器人的控制系统的一种技术方案。在该技术方案中，四足机器人的控制系统包括：主控制器11、信号处理模块12，以及伺服控制模块13。
参见图1，四足机器人的控制系统包括：主控制器11、信号处理模块12，以及伺服控制模块13。
主控制器11是整个控制系统的控制核心。它分别与信号处理模块12及伺服控制模块13通过Ethercat总线连接。通过Ethercat总线，主控制器11由信号处理模块12获取各种传感信号及控制信号，对获取到的传感信号及控制信号进行处理，生成对伺服电机进行控制的伺服控制信号，并将伺服控制信号传输至伺服控制模块13，完成对四足机器人各个关节上的伺服电机的伺服控制。
信号处理模块12通过Ethercat总线与主控制器连接。同时，信号处理模块 12还与各种传感及控制模块相连接。通过与这些传感及控制模块之间的连接，信号处理模块12获取到各种传感信号或者控制信号，并通过Ethercat总线将这些传感信号或者控制信号传输至主控制器11。
典型的，传感及控制模块包括：编码器、姿态检测模块、无线模块，以及压力传感模块。而所谓传感信号包括：位置信号、姿态检测信号，以及压力传感信号。控制信号是指用户通过遥控器输入的控制信号。
伺服控制模块13同样通过Ethercat总线被连接至主控制器11。通过与主控制器11之间的连接，伺服控制模块13由主控制器11获取对各个伺服电机进行伺服控制的伺服控制信号，并根据获取到的伺服控制信号对各个伺服电机执行伺服控制。通过伺服控制模块13对机器人个关节上的电机进行伺服控制，能够使得四足机器人完成走、跑、跳等多个动作。
本实施例通过设置用于获取传感及控制信号的信号处理模块，作为控制核心的主控制器，以及用于对机器人实施伺服控制的伺服控制模块，使得机器人的控制系统不再是单一核心的控制系统，而是模块化、分布式的控制系统。
第二实施例
本实施例提供了四足机器人的控制系统的另一种技术方案。在该技术方案中，四足机器人的控制系统包括：主控制器21、信号处理模块22、伺服控制模块23、导航模块24、编码器25、姿态检测模块26、无线模块27，以及压力检测模块28。
伺服控制模块23和伺服电机相连，伺服控制模块23用来实现对伺服电机的速度控制、位置控制、力矩控制。
其中，信号处理模块22采用ARM或者DSP或者MCU或者FPGA作为主控芯片，信号处理模块22能处理SSI或者BISS协议的编码器信号，主控芯片的输出引脚可以输出波特率可调的Clock时钟信号。该Clock时钟信号输入到编码器25，编码器25返回DATA信号。信号处理模块22根据采集到的DATA 信号来计算编码器25当前的位置，采集到编码器25位置信号后，信号处理模块22将其通过Ethercat发送到主控制器21。当接入的编码器25分辨率改变时，主控制器21通过Ethercat发送命令给信号处理模块22，信号处理模块22接收主控制器命令后，改变Clock时钟信号。
信号处理模块22可以采集多路编码器信号，对每一路采集到的编码器信号，都进行地址编码，并通过Ethercat发送给主控制器21。
信号处理模块22支持CAN通信协议，压力检测模块28的采集数据通过 CAN总线传输给信号处理模块22。信号处理模块22可以采集多路压力传感器信号，对每一路采集到的编码器信号，都进行地址编码，并通过Ethercat发送给主控制器21。
信号处理模块22支持多路RS232通信协议，无线模块27接收的数据通过 RS232协议发送给信号处理模块22。姿态检测模块26产生的数据通过RS232 协议发送给信号处理模块22。信号处理模块22对接收到的不同的RS232协议信号进行地址编码，并通过Ethercat发送给主控制器21。
导航模块24用来进行路径规划。导航模块24由CPU作为主控芯片，其处理摄像头接收到的信号，将规划的路径信号通过Ethernet发送给主控制器21。主控制器21接收导航模块24规划的路径信息，并将路径信息转换成速度、位置、力矩指令，通过Ethercat发送给伺服控制模块23。伺服控制模块23接收指令后使伺服电机按指令运行，同时信号处理模块22将接收到的位置信息、压力信息、命令信息等发送给主控制器21，主控制器21根据接收到的位置信息、压力信息、命令信息评估当前的运行状态，并实时调整伺服控制模块23的运行状态。
无线模块27接收遥控器的命令，无线模块27将接收的命令通过RS232发送给信号处理模块22，信号处理模块22接收后，以Ethercat方式发送给主控制器21，主控制器21通过解析该命令，来对伺服控制模块23发送指令，使得电机按指定命令运行。遥控器可以发出包括但不仅限于开、关、行走、跳跃、奔跑、慢跑，站立等指令，指令对应的机器人有不同的运行状态，从而电机有不同的运行方式。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种四足机器人的控制系统，其特征在于，包括：
信号处理模块，与各种传感及控制模块连接，通过与所述传感及控制模块之间的连接，获取传感信号及控制信号，并对获取到的所述传感信号及所述控制信号进行处理；
主控制器，与所述信号处理模块连接，根据由所述信号处理模块获取到的所述传感信号及所述控制信号，生成对各个关节上的伺服电机进行控制的伺服控制信号；以及
伺服控制模块，根据由所述主控制器获取到的所述伺服控制信号，对所述伺服电机进行伺服控制。
2.根据权利要求1所述的四足机器人的控制系统，其特征在于，所述传感及控制模块包括：
编码器，设置在所述四足机器人的各个位置感测点上，用于获取所述位置感测点的空间位置信号；
姿态检测模块，用于检测所述四足机器人的整体行进姿态；
无线模块，用于获取用户通过遥控器发送的控制命令，并将所述控制命令转换为控制信号；
压力传感模块，设置在所述四足机器人的各个足底，用于感测所述足底部分的压力。
3.根据权利要求2所述的四足机器人的控制系统，其特征在于，所述编码器通过SSI总线或者BISS总线与所述信号处理模块连接，所述姿态检测模块及所述无线模块通过RS232总线与所述信号处理模块连接，所述压力传感模块通过CAN总线与所述信号处理模块连接。
4.根据权利要求2所述的四足机器人的控制系统，其特征在于，所述控制信号包括：开控制信号、关控制信号、行走控制信号、跳跃控制信号、奔跑控制信号、慢跑控制信号、站立控制信号。
5.根据权利要求1所述的四足机器人的控制系统，其特征在于，还包括：
路径规划模块，与所述主控制器连接，用于对四足机器人的行进路径进行规划，并将规划完成的所述行进路径传输至所述主控制器。
6.根据权利要求5所述的四足机器人的控制系统，其特征在于，所述主控制器生成的所述伺服控制信号为根据所述行进路径生成的伺服控制信号。
7.根据权利要求1所述的四足机器人的控制系统，其特征在于，所述伺服控制模块及所述信号处理模块通过Ethercat总线被连接至所述主控制器。
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