CN110405808A - 一种机器人指令动作控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人指令动作控制系统,包括嵌入式微处理器、控制中心模块、伺服控制模块,所述控制中心模块与所述伺服控制模块均与所述微处理器连接,其中,所述控制中心模块为分布式控制模块,所述分布式控制模块包括主控CPU、数据库、执行动作判断和运动控制模块,所述主控CPU、所述数据库、所述执行动作判断和所述运动控制模块的输出端均与所述分布式控制模块的输入端连接,所述微处理器上连接有语音模块、网络模块以及传感器模块,所述语音模块、所述网络模块以及所述传感器模块的输出端和输入端均通过接收模块和发射模块与所述微处理器的端口连接。有益效果:顺利地避开障碍物,有利于快速的到达指定地执行相应的指令。
Description
技术领域
本发明涉及人工智能及机器人控制技术领域,具体来说,涉及一种机器人指令动作控制系统。
背景技术
近几年,人工智能发展势头迅猛,已走进了各种不同的领域。在机器人学的研究中,机器人控制系统的体系结构一直是人们关注的热点,且机器人的控制系统起着与人脑相类似的指挥作用,是机器人信息处理和控制的主体,机器人控制系统设计的好坏将决定机器人系统的整体行为和整体性能。在现有中对于机器人指令动作控制系统中结构简单,处理能力较弱,且采用的中央控制器分散功能比较困难,使得控制器的工作速度和控制性能低下。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足,提供一种机器人指令动作控制系统,来解决背景技术中所提到的问题。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种机器人指令动作控制系统,包括嵌入式微处理器、控制中心模块、伺服控制模块,所述控制中心模块与所述伺服控制模块均与所述微处理器连接,其中,所述控制中心模块为分布式控制模块,所述分布式控制模块包括主控CPU、数据库、执行动作判断和运动控制模块,所述主控CPU、所述数据库、所述执行动作判断和所述运动控制模块的输出端均与所述分布式控制模块的输入端连接,所述微处理器上连接有语音模块、网络模块以及传感器模块,所述语音模块、所述网络模块以及所述传感器模块的输出端和输入端均通过接收模块和发射模块与所述微处理器的端口连接,所述伺服控制模块包括速度反馈模块、D/A转换模块、方向信号模块、直流无刷电机以及电机驱动模块,其中,所述D/A转换模块以及所述方向信号模块的输入端均与所述微处理器的输出端连接,所述D/A转换模块以及所述方向信号模块均与所述电机驱动模块连接,所述电机驱动模块的输出端与所述直流无刷电机的输入端连接,所述直流无刷电机的输出端与所述速度反馈模块的输入端连接,所述速度反馈模块的输出端与所述微处理器的输入端连接。
作为优选,所述数据库的输出端连接有定位地图构建模块,所述定位地图构建模块的输出端连接有位置全局地图模块,所述位置全局地图模块的输出端连接有认识路径规划模块。
作为优选,所述数据库的输出端连接有信息提取与归纳模块,所述信息提取与归纳模块的输出端与所述传感器模块的输入端连接。
作为优选,所述运动控制模块包括路径执行和动作执行,其中,所述动作执行的输入端与所述传感器模块的输出端连接,所述动作执行的输出端与所述路径执行的输入端连接,所述路径执行的输出端与所述认识路径规划模块的输入端连接。
作为优选,所述传感器模块包括超声波传感器、光电传感器、数字磁罗盘和倾角传感器,其中,所述超声波传感器与所述光电传感器采用相结合的方式接受机器人运行过程中探测的障碍物信息,所述数字磁罗盘和所述倾角传感器与接受模块连接。
作为优选,所述运动控制模块包括晶振Y、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、运放器U1、运放器U2、运放器U3、运放器U4、电感L。
作为优选,所述微处理器的引脚A1分别与所述电容C5的一端、所述电容C4的一端以及所述电感L一端连接,所述电感L的另一端接电源,所述电容C5的另一端分别与所述微处理器引脚A5以及所述电容C4的另一端连接并接电源,所述微处理器引脚A2、引脚A3、引脚A4、引脚A6以及引脚A7均接电源。
作为优选,所述晶振Y的一端分别与所述电阻R1的一端以及所述电容C1的一端连接,所述电阻R1的另一端分别与所述晶振Y另一端和所述电阻R2的一端连接并接电源,所述电容C1的另一端与所述运放器U1的正极连接,所述电阻R2的另一端分别与所述运放器U1的负极以及所述电阻R3的一端连接,所述电阻R3的另一端与所述电容C2的一端连接并连接在所述运放器U1的一端上。
作为优选,所述电容C2的另一端与所述电阻R4的一端连接,所述电阻R4的另一端分别与所述运放器U2的负极以及所述电阻R6的一端连接,所述运放器U2的正极与所述电阻R5的一端连接,所述电阻R5的另一端接电源,所述电阻R6的另一端分别连接在运放器U2的端部上以及与所述电容C3的一端连接,所述电容C3的另一端与所述电阻R8的一端连接,所述电阻R8的另一端分别与所述运放器U3的负极以及所述电阻R10的一端连接,所述运放器U3的正极与所述电阻R9的一端连接,所述电阻R9的另一端接电源。
作为优选,所述电阻R10的另一端连接在所述运放器U3上且与所述电阻R11的一端以及所述运放器U4的正极连接,所述电阻R11的另一端接电源,所述运放器U4的负极与所述电阻R7连接并接电源。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果在于:
1、通过该控制系统能够使机器人依靠传感系统感知周围的环境信息,以便顺利地避开障碍物,有利于快速的到达指定地执行相应的指令。
2、传感模块与机器人运动模块的结合,使机器人能够安全的运行在各种复杂的环境中并具有一定的自主避障功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的总框体图;
图2是根据本发明实施例的数据库与运动控制连接框图;
图3是根据本发明实施例的机器人运动控制模块电路图。
图中:
1、微处理器;2、控制中心模块;3、伺服控制模块;4、主控CPU;5、数据库;6、执行动作判断;7、运动控制模块;8、语音模块;9、网络模块;10、传感器模块;11、定位地图构建模块;12、位置全局地图模块;13、认识路径规划模块;14、信息提取与归纳模块。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一,如图1所示,根据本发明实施例的一种机器人指令动作控制系统,包括嵌入式微处理器(S3C2410微处理器)1、控制中心模块2、伺服控制模块3,所述控制中心模块2与所述伺服控制模块3均与所述微处理器1连接,其中,所述控制中心模块2为分布式控制模块,所述分布式控制模块包括主控CPU4、数据库5、执行动作判断6和运动控制模块7,所述主控CPU4、所述数据库5、所述执行动作判断6和所述运动控制模块7的输出端均与所述分布式控制模块的输入端连接,所述微处理器1上连接有语音模块8、网络模块9以及传感器模块10,所述语音模块8、所述网络模块9以及所述传感器模块10的输出端和输入端均通过接收模块和发射模块与所述微处理器1的端口连接,所述伺服控制模块3包括速度反馈模块、D/A转换模块、方向信号模块、直流无刷电机以及电机驱动模块,其中,所述D/A转换模块以及所述方向信号模块的输入端均与所述微处理器1的输出端连接,所述D/A转换模块以及所述方向信号模块均与所述电机驱动模块连接,所述电机驱动模块的输出端与所述直流无刷电机的输入端连接,所述直流无刷电机的输出端与所述速度反馈模块的输入端连接,所述速度反馈模块的输出端与所述微处理器1的输入端连接。
实施例二,如图2所示,所述数据库5的输出端连接有定位地图构建模块11,所述定位地图构建模块11的输出端连接有位置全局地图模块12,所述位置全局地图模块12的输出端连接有认识路径规划模块13,所述数据库5的输出端连接有信息提取与归纳模块14,所述信息提取与归纳模块14的输出端与所述传感器模块10的输入端连接,所述运动控制模块7包括路径执行和动作执行,其中,所述动作执行的输入端与所述传感器模块10的输出端连接,所述动作执行的输出端与所述路径执行的输入端连接,所述路径执行的输出端与所述认识路径规划模块13的输入端连接。
实施例三,所述传感器模块10包括超声波传感器、光电传感器、数字磁罗盘和倾角传感器,其中,所述超声波传感器与所述光电传感器采用相结合的方式接受机器人运行过程中探测的障碍物信息,所述数字磁罗盘和所述倾角传感器与接受模块连接。
实施例四,如图3所示,所述运动控制模块7包括晶振Y、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、运放器U1、运放器U2、运放器U3、运放器U4、电感L,所述微处理器1的引脚A1分别与所述电容C5的一端、所述电容C4的一端以及所述电感L一端连接,所述电感L的另一端接电源,所述电容C5的另一端分别与所述微处理器1引脚A5以及所述电容C4的另一端连接并接电源,所述微处理器1引脚A2、引脚A3、引脚A4、引脚A6以及引脚A7均接电源,所述晶振Y的一端分别与所述电阻R1的一端以及所述电容C1的一端连接,所述电阻R1的另一端分别与所述晶振Y另一端和所述电阻R2的一端连接并接电源,所述电容C1的另一端与所述运放器U1的正极连接,所述电阻R2的另一端分别与所述运放器U1的负极以及所述电阻R3的一端连接,所述电阻R3的另一端与所述电容C2的一端连接并连接在所述运放器U1的一端上,所述电容C2的另一端与所述电阻R4的一端连接,所述电阻R4的另一端分别与所述运放器U2的负极以及所述电阻R6的一端连接,所述运放器U2的正极与所述电阻R5的一端连接,所述电阻R5的另一端接电源,所述电阻R6的另一端分别连接在运放器U2的端部上以及与所述电容C3的一端连接,所述电容C3的另一端与所述电阻R8的一端连接,所述电阻R8的另一端分别与所述运放器U3的负极以及所述电阻R10的一端连接,所述运放器U3的正极与所述电阻R9的一端连接,所述电阻R9的另一端接电源,所述电阻R10的另一端连接在所述运放器U3上且与所述电阻R11的一端以及所述运放器U4的正极连接,所述电阻R11的另一端接电源,所述运放器U4的负极与所述电阻R7连接并接电源。
为了方便理解本发明的上述技术方案,以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。
实际应用时,在机器人的内部和外部均布置有传感器,使得通过传感器来采集机器人运行过程中的信息,并对信息进行处理,将处理结果与机器人运动控制模块7相结合,使机器人灵活的把远程控制信息、传感器信息有机的结合起来做出最合理的运动方式,其中,采用超声波传感器和光电传感器相结合的方式探测机器人运行过程中的障碍物信息,以及通过数字磁罗盘和倾角传感器来获得机器人的高精度航向信息和姿态信息,另外,运动控制单元采用具有单独运行和控制能力的数字伺服驱动器,使得机器人主控计算机以USB无线网卡与远程监控系统组成无线局域网进行通信,使得具有良好的故障隔离能力、以及通讯具有良好的可靠性。
超声波传感器(UH3-KHD2-4I)可以探测机器人前方4米以内的障碍物与机器人之间的距离,具体参数如下表格所示。
在系统中设有4个超声波传感器的分析仪,其中,在机器人系统中,两路超声波传感器需要独立的同步的测量障碍物信息,使得将处理器的工作方式设置为同步方式,从而两路超声波信息互不干涉。
其中,分布式控制,采用上、下位机二级分布式结构,每个CPU控制一个关节运动,这些CPU和上位机通过总线形式相联系,使得提高控制工作速度和控制性能,而上位机采用高性能的嵌入式单板计算机,下位机控制器选用具有单独控制运算能力的数字伺服驱动器,上位机和下位驱动器之间采用了有效地支持分布式控制和实时控制的总线通信方式,既能快速地实现机器人控制的复杂算法,又具有较高的控制实时性,是一个高性能的机器人控制系统。
另外,机器人在进行特殊作业时,如用于清洗机器人、服务机器人、导游机器人等,当面临着斜坡、台阶、浅坑等复杂、未知、多变的非结构环境,对当前环境进行实时感知和快速理解并加以识别从而准确避开障碍物而有效的完成指定的命令。
通过上面具体实施方式,所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解,本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上,所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征,从而实现不同的技术方案。
Claims (10)
1.一种机器人指令动作控制系统,其特征在于,包括嵌入式微处理器(1)、控制中心模块(2)、伺服控制模块(3),所述控制中心模块(2)与所述伺服控制模块(3)均与所述微处理器(1)连接,其中,所述控制中心模块(2)为分布式控制模块,所述分布式控制模块包括主控CPU(4)、数据库(5)、执行动作判断(6)和运动控制模块(7),所述主控CPU(4)、所述数据库(5)、所述执行动作判断(6)和所述运动控制模块(7)的输出端均与所述分布式控制模块的输入端连接,所述微处理器(1)上连接有语音模块(8)、网络模块(9)以及传感器模块(10),所述语音模块(8)、所述网络模块(9)以及所述传感器模块(10)的输出端和输入端均通过接收模块和发射模块与所述微处理器(1)的端口连接,所述伺服控制模块(3)包括速度反馈模块、D/A转换模块、方向信号模块、直流无刷电机以及电机驱动模块,其中,所述D/A转换模块以及所述方向信号模块的输入端均与所述微处理器(1)的输出端连接,所述D/A转换模块以及所述方向信号模块均与所述电机驱动模块连接,所述电机驱动模块的输出端与所述直流无刷电机的输入端连接,所述直流无刷电机的输出端与所述速度反馈模块的输入端连接,所述速度反馈模块的输出端与所述微处理器(1)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种机器人指令动作控制系统,其特征在于,所述数据库(5)的输出端连接有定位地图构建模块(11),所述定位地图构建模块(11)的输出端连接有位置全局地图模块(12),所述位置全局地图模块(12)的输出端连接有认识路径规划模块(13)。
3.根据权利要求1所述的一种机器人指令动作控制系统,其特征在于,所述数据库(5)的输出端连接有信息提取与归纳模块(14),所述信息提取与归纳模块(14)的输出端与所述传感器模块(10)的输入端连接。
4.根据权利要求2所述的一种机器人指令动作控制系统,其特征在于,所述运动控制模块(7)包括路径执行和动作执行,其中,所述动作执行的输入端与所述传感器模块(10)的输出端连接,所述动作执行的输出端与所述路径执行的输入端连接,所述路径执行的输出端与所述认识路径规划模块(13)的输入端连接。
5.根据权利要求1所述的一种机器人指令动作控制系统,其特征在于,所述传感器模块(10)包括超声波传感器、光电传感器、数字磁罗盘和倾角传感器,其中,所述超声波传感器与所述光电传感器采用相结合的方式接受机器人运行过程中探测的障碍物信息,所述数字磁罗盘和所述倾角传感器与接受模块连接。
6.根据权利要求1所述的一种机器人指令动作控制系统,其特征在于,所述运动控制模块(7)包括晶振Y、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、运放器U1、运放器U2、运放器U3、运放器U4、电感L。
7.根据权利要求6所述的一种机器人指令动作控制系统,其特征在于,所述微处理器(1)的引脚A1分别与所述电容C5的一端、所述电容C4的一端以及所述电感L一端连接,所述电感L的另一端接电源,所述电容C5的另一端分别与所述微处理器(1)引脚A5以及所述电容C4的另一端连接并接电源,所述微处理器(1)引脚A2、引脚A3、引脚A4、引脚A6以及引脚A7均接电源。
8.根据权利要求7所述的一种机器人指令动作控制系统,其特征在于,所述晶振Y的一端分别与所述电阻R1的一端以及所述电容C1的一端连接,所述电阻R1的另一端分别与所述晶振Y另一端和所述电阻R2的一端连接并接电源,所述电容C1的另一端与所述运放器U1的正极连接,所述电阻R2的另一端分别与所述运放器U1的负极以及所述电阻R3的一端连接,所述电阻R3的另一端与所述电容C2的一端连接并连接在所述运放器U1的一端上。
9.根据权利要求8所述的一种机器人指令动作控制系统,其特征在于,所述电容C2的另一端与所述电阻R4的一端连接,所述电阻R4的另一端分别与所述运放器U2的负极以及所述电阻R6的一端连接,所述运放器U2的正极与所述电阻R5的一端连接,所述电阻R5的另一端接电源,所述电阻R6的另一端分别连接在运放器U2的端部上以及与所述电容C3的一端连接,所述电容C3的另一端与所述电阻R8的一端连接,所述电阻R8的另一端分别与所述运放器U3的负极以及所述电阻R10的一端连接,所述运放器U3的正极与所述电阻R9的一端连接,所述电阻R9的另一端接电源。
10.根据权利要求9所述的一种机器人指令动作控制系统,其特征在于,所述电阻R10的另一端连接在所述运放器U3上且与所述电阻R11的一端以及所述运放器U4的正极连接,所述电阻R11的另一端接电源,所述运放器U4的负极与所述电阻R7连接并接电源。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191105 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |