CN210210408U - 机器人本体控制系统以及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种机器人本体控制系统以及机器人，所述机器人本体控制系统包括传感器子系统、电源管理子系统、电机驱动子系统以及核心运算模块；核心运算模块通过第一CAN总线与传感器子系统和电源管理子系统连接，并通过第二CAN总线与电机驱动子系统连接；传感器子系统对传感器进行管理并将传感器数据发送给核心运算模块；电源管理子系统对电源进行管理并将电源信息发送给核心运算模块；核心运算模块生成电机控制信号；电机驱动子系统根据核心运算模块生成的电机控制信号驱动电机。本申请通过不同子系统构成的机器人本体控制系统，各个子系统间只通过总线实现连接，减少了机器人内部的连线，具有良好的可扩展性，增加了系统的可靠性。

Description

机器人本体控制系统以及机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人本体控制系统以及机器人。

背景技术

商用移动式机器人的体积小、内部结构空间紧凑，各组件一般分散安装于商用移动式机器人的各个位置。目前商用移动式机器人产业发展仍处于初级阶段，尚未形成完整的产业链和行业标准。机器人需要依赖众多组件，若组件没有统一的标准接口将导致组件之间难于集成，增加了商用移动式机器人的研发成本和研发周期。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种机器人本体控制系统以及机器人，以解决商用移动式机器人中组件没有统一的标准接口，导致组件之间难于集成，增加了研发成本和研发周期的问题。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供的一种机器人本体控制系统，所述机器人本体控制系统包括传感器子系统、电源管理子系统、电机驱动子系统以及核心运算模块；

所述核心运算模块通过第一CAN总线与所述传感器子系统和所述电源管理子系统连接，并通过第二CAN总线与所述电机驱动子系统连接；

所述传感器子系统，用于对传感器进行管理并将传感器数据发送给所述核心运算模块；

所述电源管理子系统，用于对电源进行管理并将电源信息发送给所述核心运算模块；

所述核心运算模块，用于生成电机控制信号；

所述电机驱动子系统，用于根据所述核心运算模块生成的电机控制信号驱动电机。

在一种实施方式中，所述传感器子系统包括依次连接的第一总线通讯模块、第一处理器和传感器。

在一种实施方式中，所述传感器包括量程计传感器、气压传感器、地磁传感器、激光传感器中的至少一种。

在一种实施方式中，所述电源管理子系统包括第二总线通讯模块、第二处理器和电池保护板；

所述第二总线通讯模块与所述第二处理器的总线端口连接；

所述电池保护板的采样端通过第一检测电路与所述第二处理器的第一ADC端口连接，所述电池保护板的电源端与所述第二处理器的电源端口连接，所述电池保护板的通讯端通过第一RS485总线与所述第二处理器的第一通讯端口连接，所述电池保护板的放电端通过第一开关电路与负载连接；所述第一开关电路的控制端与所述第二处理器的第一控制信号端口连接。

在一种实施方式中，所述电源管理子系统还包括充电器；

所述充电器的采样端通过第二检测电路与所述第二处理器的第二ADC端口连接，所述充电器的通讯端通过第二RS485总线与所述第二处理器的第二通讯端口连接，所述充电器的第一充电端通过第二开关电路与负载连接，所述第二开关电路的控制端与所述第二处理器的第二控制信号端口连接；所述充电器的第二充电端通过第三开关电路与所述电池保护板连接，所述第三开关电路的控制端与所述第二处理器的第三控制信号端口连接。

在一种实施方式中，所述电机驱动子系统包括第三总线通讯模块、第三处理器、第一电机驱动器、第一电机、第一机械里程计电路、第二电机驱动器、第二电机以及第二机械里程计电路；

所述第一电机驱动器的输出端依次通过所述第一电机和所述第一机械里程计电路与所述第三处理器的第一信号输入端口连接；所述第二电机驱动器的输出端依次通过所述第二电机和所述第二机械里程计电路与所述第三处理器的第二信号输入端口连接；

所述第三处理器的通讯端口与所述第三总线通讯模块连接；

所述第三总线通讯模块通过第二总线与所述核心运算模块连接，所述第一电机驱动器和所述第二电机驱动器的输入端通过第二总线与所述核心运算模块连接。

在一种实施方式中，所述电机驱动子系统还包括电源控制电路；

所述电源控制电路的控制端与所述第三处理器的控制信号端口连接，所述电源控制电路的第一电源输出端与所述第一电机驱动器的电源端连接，所述电源控制电路的第二电源输出端与所述第二电机驱动器的电源端连接。

在一种实施方式中，所述第一电机和所述第二电机均包括光电编码器。

根据本申请的另一个方面，提供的一种机器人，所述机器人包括上述的机器人本体控制系统。

本申请实施例的机器人本体控制系统以及机器人，通过不同子系统构成的机器人本体控制系统，各个子系统间只通过总线实现连接，减少了机器人内部的连线，具有良好的可扩展性，增加了系统的可靠性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的机器人本体控制系统结构示意图；

图2为本申请实施例的机器人本体控制系统中传感器子系统结构示意图；

图3为本申请实施例的机器人本体控制系统中电源管理子系统结构示意图；

图4为本申请实施例的机器人本体控制系统中电机驱动子系统结构示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一实施例

如图1所示，本申请第一实施例提供一种机器人本体控制系统，所述机器人本体控制系统包括传感器子系统、电源管理子系统、电机驱动子系统以及核心运算模块；

所述核心运算模块通过第一CAN总线(图中的CAN总线1所示)与所述传感器子系统和所述电源管理子系统连接，并通过第二CAN总线(图中的CAN总线2所示)与所述电机驱动子系统连接；

所述传感器子系统，用于对传感器进行管理并将传感器数据发送给所述核心运算模块；

所述电源管理子系统，用于对电源进行管理并将电源信息发送给所述核心运算模块；

所述核心运算模块，用于生成电机控制信号；

所述电机驱动子系统，用于根据所述核心运算模块生成的电机控制信号驱动电机。

本申请通过将机器人本体控制系统拆分成不同子系统，各个子系统间只通过通讯总线实现连接，减少了机器人内部的连线。因使用了多种总线设计的方式，整个系统具有良好的可扩展性，新增或者减少一个子系统时，整个机器人本体控制系统不需要重新设计和调度，利用软件技术可以实现自动识别新增或者减少的子系统。增加系统的可靠性；由于各个子系统只通过总线与核心运算模块连接，当任意一个子系统发现故障时，其他子系统不受影响，仍然可以正常工作。

请参考图2所示，在一种实施方式中，所述传感器子系统包括依次连接的第一总线通讯模块、第一处理器和传感器。

在该实施方式中，所述传感器包括量程计传感器、气压传感器、地磁传感器、激光传感器中的至少一种。

具体地，第一总线通讯模块是所述传感器子系统对外的通讯接口。传感器数据经过第一处理器格式化后，通过CAN总线1发送到上层系统(例如，核心运算模块)，同时上层系统的控制指令也通过CAN总线1传输到第一处理器执行。

量程计传感器又叫惯性传感器，它是感知机器人的速度、加速度、累计移动位移的传感器，量程计的数据通过SPI接口向第一处理器汇总。

气压传感器用于机器人感知自身所处的绝对海拔高度，通常用于机器人识别所处楼层、上坡或者下坡等，气压传感器的数据通过I2C接口向第一处理器汇总。

地磁传感器用于感知机器人的地理朝向，使机器人能感知自己的地理方位，地磁传感器的数据通过SPI接口向第一处理器汇总。

激光传感器用于测量机器人周围障碍物的距离，是机器人重要的障碍检测传感器，激光传感器的数据通过UART接口向第一处理器汇总。

请参考图3所示，在一种实施方式中，所述电源管理子系统包括第二总线通讯模块、第二处理器、电池保护板和充电器；

所述第二总线通讯模块与所述第二处理器的总线端口(图中第二处理器中的1所示)连接；

所述电池保护板的采样端(图中的采样线路1所示)通过第一检测电路与所述第二处理器的第一ADC端口(图中第二处理器中的2所示)连接，所述电池保护板的电源端(图中的基本工作电源所示)与所述第二处理器的电源端口(图中第二处理器中的3所示)连接，所述电池保护板的通讯端通过第一RS485总线(图中的RS485总线1所示)与所述第二处理器的第一通讯端口(图中第二处理器中的4所示)连接，所述电池保护板的放电端(图中的放电回路所示)通过第一开关电路与负载连接；所述第一开关电路的控制端与所述第二处理器的第一控制信号端口(图中第二处理器中的5所示)连接；

所述充电器的采样端(图中的采样线路2所示)通过第二检测电路与所述第二处理器的第二ADC端口(图中第二处理器中的6所示)连接，所述充电器的通讯端通过第二RS485总线(图中的RS485总线2所示)与所述第二处理器的第二通讯端口(图中第二处理器中的7所示)连接，所述充电器的第一充电端通过第二开关电路与负载连接，所述第二开关电路的控制端与所述第二处理器的第二控制信号端口(图中第二处理器中的8所示)连接；所述充电器的第二充电端通过第三开关电路与所述电池保护板连接，所述第三开关电路的控制端与所述第二处理器的第三控制信号端口(图中第二处理器中的9所示)连接。

在该实施方式中，电池保护板是与电池电芯片封装成电池组件。

在该实施方式中，当电池接入时，电池保护板向第二处理器提供一个基本工作电源，以使得第二处理器正常工作。然后，电池的高电压经过采样线路1和第一检测电路调理后，经ADC1送入第二处理器。接着，第二处理器通过RS485总线1发起对电池保护板的认证通讯过程，电池保护板认证通过后，第二处理器发出控制信号1导通第一开关电路，以使得电池的电能经过第一开关电路到负载回路给负载供电。

当充电器接入时，充电的电压将经过采样线路2和第二检测电路调理后，经ADC2送入第二处理器，然后第二处理器通过RS485总线2发起对充电器的认证与通讯过程，充电通过认证后，第二处理器发出控制信号2导通第二开关电路，以使得充电器通过负载回路给负载供电；接着，关闭控制信号1从而关闭第一开关电路，切断电池供电回路。紧接着，发出控制信号3导通第三开关电路，以使得充电器通过充电回路给电池充电。

请参考图4所示，在一种实施方式中，所述电机驱动子系统包括第三总线通讯模块、第三处理器、电源控制电路、第一电机驱动器、第一电机、第一机械里程计电路、第二电机驱动器、第二电机以及第二机械里程计电路；

所述第一电机驱动器的输出端依次通过所述第一电机和所述第一机械里程计电路与所述第三处理器的第一信号输入端口(图中第三处理器中的1所示)连接；所述第二电机驱动器的输出端依次通过所述第二电机和所述第二机械里程计电路与所述第三处理器的第二信号输入端口(图中第三处理器中的2所示)连接；

所述第三处理器的控制信号端口(图中第三处理器中的3所示)与所述电源控制电路的控制端(图中电源控制电路中的1所示)连接，所述电源控制电路的第一电源输出端(图中电源控制电路中的2所示)与所述第一电机驱动器的电源端连接，所述电源控制电路的第二电源输出端(图中电源控制电路中的3所示)与所述第二电机驱动器的电源端连接；所述第三处理器的通讯端口(图中第三处理器中的4所示)与所述第三总线通讯模块连接；

所述第三总线通讯模块通过CAN总线2与所述核心运算模块连接，所述第一电机驱动器和所述第二电机驱动器的输入端通过CAN总线2与所述核心运算模块连接。

在该实施方式中，所述第一电机和所述第二电机均包括光电编码器。光电编码器输出信号经过第一机械里程计电路或者第二机械里程计电路后送入第三处理器，经过计算和格式化后通过第三总线模块发送到核心运算模块。

本申请实施例的机器人本体控制系统，通过不同子系统构成的机器人本体控制系统，各个子系统间只通过总线实现连接，减少了机器人内部的连线，具有良好的可扩展性，增加了系统的可靠性。

第二实施例

本申请第二实施例提供一种机器人，所述机器人包括第一实施例所述的机器人本体控制系统。所述机器人本体控制系统可参考前述内容，在此不作赘述。

本申请实施例的机器人，通过不同子系统构成的机器人本体控制系统，各个子系统间只通过总线实现连接，减少了机器人内部的连线，具有良好的可扩展性，增加了系统的可靠性。

以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (9)

1.一种机器人本体控制系统，其特征在于，所述机器人本体控制系统包括传感器子系统、电源管理子系统、电机驱动子系统以及核心运算模块；

所述核心运算模块通过第一CAN总线与所述传感器子系统和所述电源管理子系统连接，并通过第二CAN总线与所述电机驱动子系统连接；

所述传感器子系统，用于对传感器进行管理并将传感器数据发送给所述核心运算模块；

所述电源管理子系统，用于对电源进行管理并将电源信息发送给所述核心运算模块；

所述核心运算模块，用于生成电机控制信号；

所述电机驱动子系统，用于根据所述核心运算模块生成的电机控制信号驱动电机。

2.根据权利要求1所述的机器人本体控制系统，其特征在于，所述传感器子系统包括依次连接的第一总线通讯模块、第一处理器和传感器。

3.根据权利要求2所述的机器人本体控制系统，其特征在于，所述传感器包括量程计传感器、气压传感器、地磁传感器、激光传感器中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的机器人本体控制系统，其特征在于，所述电源管理子系统包括第二总线通讯模块、第二处理器和电池保护板；

所述第二总线通讯模块与所述第二处理器的总线端口连接；

所述电池保护板的采样端通过第一检测电路与所述第二处理器的第一ADC端口连接，所述电池保护板的电源端与所述第二处理器的电源端口连接，所述电池保护板的通讯端通过第一RS485总线与所述第二处理器的第一通讯端口连接，所述电池保护板的放电端通过第一开关电路与负载连接；所述第一开关电路的控制端与所述第二处理器的第一控制信号端口连接。

5.根据权利要求4所述的机器人本体控制系统，其特征在于，所述电源管理子系统还包括充电器；

所述充电器的采样端通过第二检测电路与所述第二处理器的第二ADC端口连接，所述充电器的通讯端通过第二RS485总线与所述第二处理器的第二通讯端口连接，所述充电器的第一充电端通过第二开关电路与负载连接，所述第二开关电路的控制端与所述第二处理器的第二控制信号端口连接；所述充电器的第二充电端通过第三开关电路与所述电池保护板连接，所述第三开关电路的控制端与所述第二处理器的第三控制信号端口连接。

6.根据权利要求1所述的机器人本体控制系统，其特征在于，所述电机驱动子系统包括第三总线通讯模块、第三处理器、第一电机驱动器、第一电机、第一机械里程计电路、第二电机驱动器、第二电机以及第二机械里程计电路；

所述第一电机驱动器的输出端依次通过所述第一电机和所述第一机械里程计电路与所述第三处理器的第一信号输入端口连接；所述第二电机驱动器的输出端依次通过所述第二电机和所述第二机械里程计电路与所述第三处理器的第二信号输入端口连接；

所述第三处理器的通讯端口与所述第三总线通讯模块连接；

所述第三总线通讯模块通过第二总线与所述核心运算模块连接，所述第一电机驱动器和所述第二电机驱动器的输入端通过第二总线与所述核心运算模块连接。

7.根据权利要求6所述的机器人本体控制系统，其特征在于，所述电机驱动子系统还包括电源控制电路；

所述电源控制电路的控制端与所述第三处理器的控制信号端口连接，所述电源控制电路的第一电源输出端与所述第一电机驱动器的电源端连接，所述电源控制电路的第二电源输出端与所述第二电机驱动器的电源端连接。

8.根据权利要求6所述的机器人本体控制系统，其特征在于，所述第一电机和所述第二电机均包括光电编码器。

9.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括权利要求1-8任一所述的机器人本体控制系统。

Images