CN108279618A - 一种用于机器人的控制器、控制方法及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于机器人的控制器、控制方法及机器人。该控制器包括传感器模块、处理模块和通信模块，所述传感器模块与所述处理模块通过SPI接口连接，所述处理模块与所述通信模块通过TTL串口连接；所述传感器模块包括：第一传感器和第二传感器，所述第一传感器用于检测机器人的加速度运动状态和方向运动状态，所述第二传感器用于修正机器人运动时产生的累计偏差。本申请解决了机器人控制器领域存在的机器人姿态控制的技术问题。

Description

一种用于机器人的控制器、控制方法及机器人

技术领域

本申请涉及机器人领域，具体而言，涉及一种用于机器人的控制器、控制方法及机器人。

背景技术

机器人，是自动执行工作的机器装置，机器人控制器是影响机器人性能的关键部分之一。机器人行走过程中的平衡是很难解决的问题，而姿态检测是其中不可或缺的一个环节。

发明人发现，目前的机器人控制器领域存在机器人姿态控制精度不高的问题。

针对相关技术机器人运动姿态控制的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种用于机器人的控制器、控制方法及机器人，以解决机器人姿态控制精度不高的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种用于机器人的控制器。

根据本申请的控制器包括：传感器模块、处理模块和通信模块，所述传感器模块与所述处理模块通过SPI接口连接，所述处理模块与所述通信模块通过TTL串口连接；所述传感器模块包括：第一传感器和第二传感器，所述第一传感器用于检测机器人的加速度运动状态和方向运动状态，所述第二传感器用于修正机器人运动时产生的累计偏差。

进一步的，所述第一传感器包括：加速度传感器和陀螺仪，所述加速度传感器用于测量所述机器人的加速度运动状态，所述陀螺仪用于测量所述机器人的方向运动状态。

进一步的，所述第二传感器包括磁力计，所述磁力计用于修正机器人运动时产生的累计偏差。

进一步的，所述处理模块包括单片机，所属单片机用于处理所述传感器模块检测到的所述机器人的运动状态信息。

进一步的，所述通信模块包括：FPGA处理器，用于与所述机器人系统总线通信。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种机器人，包括：用于机器人的控制器。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种用于机器人的控制方法，包括：传感器模块、处理模块和通信模块的机器人控制器中执行控制操作，所述方法包括以下步骤：

所述处理模块通过SPI接口读取所述传感器模块获取的第一姿态数据；

所述处理模块处理第一姿态数据，得到第二姿态数据；

在所述处理模块的第一串口判断所述处理模块是否接收到所述第二姿态数据；

如果在所述处理模块的第一串口判断所述处理模块接收到所述第二姿态数据，则在所述处理模块的定时器控制第一串口判断所述处理模块是否向所述通信模块发送所述第二姿态数据；

如果判断所述处理模块向所述通信模块发送所述第二姿态数据，则所述处理模块更新第二串口中的数据；

所述处理模块通过所述第二串口发送所述第二姿态数据至所述通信模块；

所述通信模块传送所述第二姿态数据至机器人系统总线；

所述机器人系统总线传送给机器人大脑控制器；

所述机器人大脑控制器执行所述第二姿态数据中对应的指令后调整机器人的运动状态。

进一步的，在所述获取第一姿态数据中，包括：

通过所述第一传感器获取所述加速度运动状态、所述方向运动状态；

通过所述第二传感器获取所述机器人运动时产生的累计偏差。

进一步的，所述第一串口和所述第二串口至少包括SCI串口或DMA串口。

进一步的，所述通信模块传送所述第二姿态数据至机器人系统总线中，包括：

所述通信模块通过422总线串口将所述第二姿态数据传送至所述机器人系统总线。

在本申请实施例中，本发明提供一种用于机器人的控制器、控制方法及机器人，通过传感器精确获取机器人的运动状态，使机器人的姿态控制更加精准，解决了机器人领域机器人运动平衡的控制问题。

采用以上技术方案，具有以下有益效果：通过加入姿态传感器，从三个维度获取机器人的运动姿态，使机器人姿态控制更加精准，实现机器人的运动平衡。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的控制器示意图；

图2是根据本申请实施例的传感器模块示意图；

图3是根据本申请实施例的整体连接示意图；

图4是根据本申请实施例的第一传感器示意图；

图5是根据本申请实施例的第二传感器示意图；

图6是根据本申请实施例的控制方法示意图；

图7是根据本申请实施例的控制方法主函数示意图；以及

图8是根据本申请实施例的定时器定时发送数据示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

此外，术语“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请涉及一种用于机器人的控制器，该控制器包括：传感器模块1、处理模块2、通信模块3和供电模块4，传感器模块1与处理模块2通过SPI接口连接，处理模块2与通信模块3通过TTL串口连接，供电模块4用于所述控制器的供电。

其中，传感器模块1可以检测机器人的运动姿态，处理模块2用于传感器的初始化配置和传感器信息接收、处理，并将处理后的信息通过串口发送给通信模块3，而通信模块3则可以把控制器接入系统通信总线，从而可以使传感器检测到的信息传递给机器人大脑控制器，进而实现机器人运动姿态的调整和控制。

如图2所示，该控制器中的传感器模块1包括：第一传感器11和第二传感器12，第一传感器11包括加速度传感器111和陀螺仪112，第二传感器12包括磁力计121。

优选的，加速传感器111是测量空间中各方向加速度的，可以确定机器人的加速度方向和加速度大小。

优选的，陀螺仪112是一种用于测量角度以及维持方向的设备，可以检测出机器人倾斜和摇摆等运动情况。

利用加速传感器111和陀螺仪112，基本可以描述设备的完整运动状态。

优选的，磁力计121利用测量地球磁场，通过绝对指向功能进行修正补偿，可以有效解决机器人的长时间运动产生的累计偏差。

如图3所示，优选的，该控制器中的单片机选用的是意法半导体的STM32F103C8T6单片机，传感器模块1所检测得到的初始数据通过SPI接口传递给单片机，单片机将这些初始数据进行分析、处理，转换为机器人控制系统直接能够使用的信息，再通过串口传送到通信模块2，最终通过系统总线将数据发到机器人大脑控制器处。

通信模块3是一种基于422总线的通信方案，作用是接收422系统总线下发的指令，并回传当前设备的状态数据。通信核心模块主要由FPGA处理器及其供电电路实现，FPGA处理器负责和机器人系统总线通信，通信接口为全双工422，数据通信速率为5Mbps，FPGA处理器本身引脚的信号为TTL串口信号，通过外部的转换电路转换成标准的422接口电路，FPGA就实现了和外部总线进行422通信的方案。而和内部通信(单片机通信)，通过TTL串口进行通信，因为本身单片机也是TTL串口，电平接口在电气规格上完全兼容。

如图4所示，加速度传感器111和陀螺仪112的检测中心位于芯片的正中心，当芯片正面朝上时，具体的轴灵敏度和方向。

如图5所示，磁力计121检测中心位于芯片的正中心，当芯片正面朝上时，具体的轴灵敏度和方向。

如图6所示，该控制方法包括：传感器模块1、处理模块2和通信模块3的机器人控制器中执行控制操作，所述方法包括以下步骤：

步骤S201

所述处理模块2通过SPI接口读取所述传感器模块1获取的第一姿态数据；

步骤S202

所述处理模块2处理第一姿态数据，得到第二姿态数据；

步骤S203

在所述处理模块2的第一串口判断所述处理模块是否接收到所述第二姿态数据；

步骤S204

如果在所述处理模块2的第一串口判断所述处理模块接收到所述第二姿态数据，则在所述处理模块2的定时器控制第一串口判断所述处理模块2是否向所述通信模块3发送所述第二姿态数据；

步骤S205

如果判断所述处理模块2向所述通信模块3发送所述第二姿态数据，则所述处理模块2更新第二串口中的数据；

步骤S206

所述处理模块2通过所述第二串口发送所述第二姿态数据至所述通信模块3；

步骤S207

所述通信模块3传送所述第二姿态数据至机器人系统总线；

步骤S208

所述机器人系统总线传送给机器人大脑控制器；

步骤S209

所述机器人大脑控制器执行所述第二姿态数据中对应的指令后调整机器人的运动状态。

优选的，所述第一串口和所述第二串口至少包括SCI串口或DMA串口。

SCI串口用于单电机的内部通信，运行速度更快。

DMA串口用于单片机处理第一姿态信息，在内部生成DMA数据并转化为第二姿态数据进行传送。

优选的，所述通信模块通过422总线串口将所述第二姿态数据传送至所述机器人系统总线，通信接口为全双工422，数据通信速率为5Mbps，FPGA处理器本身引脚的信号为TTL串口信号，通过外部的转换电路转换成标准的422接口电路。

本发明的工作原理如下所述：如图7所示，控制器连接电源后，单片机初始化，主要对内部串口SCI、SPI和定时器等资源进行配置，然后单片机通过自身SPI接口对传感器MPU-9250进行参数配置，完成配置之后，单片机就可以通过SPI接口从传感器读取姿态数据，并将读取到的数据进行处理。如图8所示，单片机通过定时器中断控制SCI串口将处理后的姿态数据发送给通讯核心模块；通信核心模块将收到的数据再通过422收发器发送到系统总线中，姿态数据最终通过系统总线传送给机器人大脑控制器，大脑控制器可以根据接收到的数据对机器人的姿态进行调整，从而使机器人达到平衡的目的。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于机器人的控制器，其特征在于，包括：传感器模块、处理模块和通信模块，所述传感器模块与所述处理模块通过SPI接口连接，所述处理模块与所述通信模块通过TTL串口连接；

所述传感器模块包括：第一传感器和第二传感器，所述第一传感器用于检测机器人的加速度运动状态和方向运动状态，所述第二传感器用于修正机器人运动时产生的累计偏差。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述第一传感器包括：加速度传感器和陀螺仪，所述加速度传感器用于测量所述机器人的加速度运动状态，所述陀螺仪用于测量所述机器人的方向运动状态。

3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述第二传感器包括磁力计，所述磁力计用于修正机器人运动时产生的累计偏差。

4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述处理模块包括单片机，所属单片机用于处理所述传感器模块检测到的所述机器人的运动状态信息。

5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述通信模块包括：FPGA处理器，用于与所述机器人系统总线通信。

6.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1至5所述的控制器。

7.一种用于机器人的控制方法，其特征在于，用于在至少包括：传感器模块、处理模块和通信模块的机器人控制器中执行控制操作，所述方法包括以下步骤：

所述处理模块通过SPI接口读取所述传感器模块获取的第一姿态数据；

所述处理模块处理第一姿态数据，得到第二姿态数据；

在所述处理模块的第一串口判断所述处理模块是否接收到所述第二姿态数据；

如果在所述处理模块的第一串口判断所述处理模块接收到所述第二姿态数据，则在所述处理模块的定时器控制第一串口判断所述处理模块是否向所述通信模块发送所述第二姿态数据；

如果判断所述处理模块向所述通信模块发送所述第二姿态数据，则所述处理模块更新第二串口中的数据；

所述处理模块通过所述第二串口发送所述第二姿态数据至所述通信模块；

所述通信模块传送所述第二姿态数据至机器人系统总线；

所述机器人系统总线传送给机器人大脑控制器；

所述机器人大脑控制器执行所述第二姿态数据中对应的指令后调整机器人的运动状态。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在所述获取第一姿态数据中，包括：

通过所述第一传感器获取所述加速度运动状态、所述方向运动状态；

通过所述第二传感器获取所述机器人运动时产生的累计偏差。

9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述第一串口和所述第二串口至少包括SCI串口或DMA串口。

10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述通信模块传送所述第二姿态数据至机器人系统总线中，包括：

所述通信模块通过422总线串口将所述第二姿态数据传送至所述机器人系统总线。