一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)及控制方法，涉及機(jī)器人控制【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的履帶式和輪式機(jī)械在復(fù)雜環(huán)境下行走困難的問題。本發(fā)明遙控操作單元無線信號(hào)輸入或輸出端連外部通信單元輸出或輸入端，外部通信單元連主控單元，主控單元兩路通信信號(hào)輸入或輸出端分別連傳感器單元的兩路通信信號(hào)輸出或輸入端，主控單元輸入或輸出端連UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元輸出或輸入端，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元輸出端連驅(qū)動(dòng)控制單元輸入端，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元輸入端連驅(qū)動(dòng)控制單元輸出端，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元的多個(gè)開關(guān)信號(hào)輸入端分別連接限位開關(guān)單元的多個(gè)開關(guān)信號(hào)輸出端。它可用在不規(guī)則路面的行走。
【專利說明】一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)及控制方法。屬于機(jī)器人控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在地球陸地表面，崎嶇不平的山丘和溝壑等復(fù)雜地面占50%以上，履帶式和輪式機(jī)械往往很難通過這些復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境，而多足生物卻能夠在這些不規(guī)則路面上行走自如。為提高人類在自然界的工作能力和擴(kuò)大所能探索到的活動(dòng)空間，需要研宄模擬生物運(yùn)動(dòng)機(jī)能的步行機(jī)器人，因此多足步行機(jī)器人的研宄被給予了很大關(guān)注。環(huán)境和任務(wù)復(fù)雜性要求機(jī)器人具有良好的適應(yīng)能力和靈活的移動(dòng)能力，六足機(jī)器人具有多關(guān)節(jié)冗余自由度與多支鏈運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，長期以來其在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的協(xié)調(diào)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)技術(shù)一直是機(jī)器人控制領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的履帶式和輪式機(jī)械在復(fù)雜環(huán)境下行走困難的問題?，F(xiàn)提供一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)及控制方法。
[0004]一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)，它包括基座和六條機(jī)器臂，所述基座和六條機(jī)器臂組成六足機(jī)器人，它還包括遙控操作單元、外部通信單元、主控單元、攝像頭和GPS模塊、驅(qū)動(dòng)控制單元、UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元和限位開關(guān)單元，
[0005]每條機(jī)器臂上包括3個(gè)關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)用I個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述限位開關(guān)單元位于每條機(jī)器臂末端的關(guān)節(jié)上，所述主控單元、攝像頭和GPS模塊和UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元均位于基座的內(nèi)部，所述的限位開關(guān)單元由6組限位裝置組成，每組限位裝置固定在一條機(jī)器臂末端的套筒上；
[0006]所述遙控操作單元與外部通信單元之間通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，外部通信單元與主控單元通過USB串行接口連接，主控單元通過RS485總線方式與攝像頭實(shí)現(xiàn)連接，同時(shí)，主控單元過RS232總線方式與GPS模塊實(shí)現(xiàn)連接，主控單元通過以太網(wǎng)與UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元連接，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元的控制信號(hào)輸出端連接驅(qū)動(dòng)控制單元的控制信號(hào)輸入端，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元的反饋信號(hào)輸入端連接驅(qū)動(dòng)控制單元的反饋信號(hào)輸出端，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元的多個(gè)位置信號(hào)輸入端分別連接限位開關(guān)單元的多個(gè)開關(guān)信號(hào)輸出端。
[0007]根據(jù)一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的控制方法，該方法包括的內(nèi)容為:
[0008]遙控操作單元通過無線路由和無線網(wǎng)卡以無線的方式給主控單元發(fā)送操作指令并實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)，傳感器單元均用于采集機(jī)器人行走時(shí)的傳感器信息，主控單元以以太網(wǎng)的方式給UMAC運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送操控機(jī)器人行走的命令，控制6個(gè)足端觸地開關(guān)和6個(gè)足端壓實(shí)開關(guān)動(dòng)作，確定足端是離開地面還是壓實(shí)地面，并控制驅(qū)動(dòng)控制單元內(nèi)的18個(gè)伺服電機(jī)的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)器人擺動(dòng)腿和支撐腿的來回切換，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定行走。
[0009]UMAC運(yùn)動(dòng)控制器通過驅(qū)動(dòng)18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)18個(gè)伺服電機(jī)的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)六個(gè)機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)的流程為:
[0010]步驟一、UMAC運(yùn)動(dòng)控制器上電啟動(dòng)，接收18個(gè)伺服電機(jī)的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指令，UMAC運(yùn)動(dòng)控制器分別控制6個(gè)機(jī)器臂的6個(gè)足端與地面間產(chǎn)生相互作用力，執(zhí)行步驟二，
[0011]步驟二、判斷6個(gè)機(jī)器臂足端上的6個(gè)足端壓實(shí)開關(guān)是否都被觸發(fā)，如果是，則執(zhí)行步驟四，如果否，則執(zhí)行步驟三，
[0012]步驟三、觸發(fā)未被觸發(fā)的壓實(shí)開關(guān)，執(zhí)行步驟四，
[0013]步驟四、6條機(jī)器臂被劃分為擺動(dòng)機(jī)器臂和支撐機(jī)器臂，UMAC運(yùn)動(dòng)控制器控制擺動(dòng)機(jī)器臂足端上的觸地開關(guān)擋板觸發(fā)足端觸地開關(guān)，執(zhí)行步驟五，
[0014]步驟五、擺動(dòng)機(jī)器臂上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)向前擺動(dòng)，支撐機(jī)器臂上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)向后支撐，執(zhí)行步驟六，
[0015]步驟六、判斷擺動(dòng)機(jī)器臂足端上的足端壓實(shí)開關(guān)是否被觸發(fā)，如果是，則執(zhí)行步驟七，如果否，則執(zhí)行步驟五，
[0016]步驟七、停止足端壓實(shí)開關(guān)被觸發(fā)的擺動(dòng)機(jī)器臂足端向前擺動(dòng)，停止支撐機(jī)器臂向后支撐，執(zhí)行步驟八，
[0017]步驟八、等待所有擺動(dòng)機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，判斷是否有機(jī)器人行走結(jié)束指令，如果是，則執(zhí)行步驟九，如果否，則重復(fù)執(zhí)行步驟四、步驟五、步驟六和步驟七，
[0018]步驟九、機(jī)器人停止行走。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的遙控操作單元采用PC機(jī)的形式，放置在機(jī)器人機(jī)體外易于操作員控制的位置，與無線路由以以太網(wǎng)方式連接，通過外部通信單元給主控單元發(fā)送指令并接收從主控單元反饋的數(shù)據(jù)；外部通信單元實(shí)現(xiàn)遙控操作單元與主控單元的數(shù)據(jù)交換；主控單元以USB方式連接無線網(wǎng)卡，以以太網(wǎng)方式連接UMAC運(yùn)動(dòng)控制器，從而實(shí)現(xiàn)與遙控操作單元的信息交互、傳感器單元信息監(jiān)控以及與運(yùn)動(dòng)控制單元數(shù)據(jù)通信的功能，驅(qū)動(dòng)控制單元，用于接收運(yùn)動(dòng)控制單元指令并實(shí)現(xiàn)電機(jī)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)作為最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在不同模式下運(yùn)動(dòng)；機(jī)器人每條機(jī)器臂安有一個(gè)觸地開關(guān)與一個(gè)壓實(shí)開關(guān)，相應(yīng)的代表了足端的狀態(tài)，利用限位開關(guān)的控制方式可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定行走。
[0020]本發(fā)明有以下有益效果:
[0021]1.采用限位開關(guān)的控制方式，費(fèi)用低，相較于采用力傳感器控制機(jī)器人復(fù)雜地面行走的方式，在節(jié)約了項(xiàng)目成本的同時(shí)，確保了機(jī)器人行走的穩(wěn)定性與可靠性。
[0022]2.機(jī)器人控制系統(tǒng)基于模塊化思想，各個(gè)模塊功能劃分清晰，遙控操作單元和主控單元負(fù)責(zé)控制指令發(fā)送和數(shù)據(jù)顯示，運(yùn)動(dòng)控制單元、驅(qū)動(dòng)控制單元和限位開關(guān)單元負(fù)責(zé)通過算法實(shí)現(xiàn)18個(gè)伺服電機(jī)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)器人反應(yīng)速度。
[0023]3.基于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和步態(tài)規(guī)劃，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在不同模式下的運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人功能更加多樣化，針對(duì)不同路面可以切換不同的行走方式實(shí)現(xiàn)機(jī)器人任務(wù)的完成。
[0024]4.觸地開關(guān)和壓實(shí)開關(guān)線路直接接在UMAC運(yùn)動(dòng)控制器上，并把限位開關(guān)狀態(tài)融合到機(jī)器人控制算法中，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)開關(guān)狀態(tài)，判斷足端位置，從保證機(jī)器人在復(fù)雜路面行走的穩(wěn)定性，底層控制方式更加精簡(jiǎn)。
[0025]5.UMAC運(yùn)動(dòng)控制器具有機(jī)械限位等可擴(kuò)展的接口，方便實(shí)時(shí)對(duì)硬件進(jìn)行擴(kuò)展；軟件方面功能實(shí)現(xiàn)多樣，可通過修改相應(yīng)部分代碼增改相關(guān)功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為【具體實(shí)施方式】一所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)的原理示意圖，
[0027]圖2為本發(fā)明所述的一種仿生六足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖，
[0028]圖3為本發(fā)明所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)中限位開關(guān)的安裝位置圖，
[0029]圖4為【具體實(shí)施方式】五所述的限位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，
[0030]圖5為【具體實(shí)施方式】九所述的根據(jù)一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的控制方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]【具體實(shí)施方式】一:參照?qǐng)D1具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)，它包括基座和六條機(jī)器臂，所述基座和六條機(jī)器臂組成六足機(jī)器人，它還包括遙控操作單元1-1、外部通信單元1-2、主控單元1-3、攝像頭1-4-1和GPS模塊1-4-2、驅(qū)動(dòng)控制單元1-5、UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元1_6和限位開關(guān)單元1_7，
[0032]所述每條機(jī)器臂上包括3個(gè)關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)用I個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述限位開關(guān)單元1-7位于每條機(jī)器臂末端的關(guān)節(jié)上，所述主控單元1-3、攝像頭1-4-1和GPS模塊1_4_2和UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元1-6均位于基座的內(nèi)部，所述的限位開關(guān)單元1-7由6組限位裝置組成，每組限位裝置固定在一條機(jī)器臂末端的套筒上；
[0033]所述遙控操作單元1-1與外部通信單元1-2之間通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，外部通信單元1-2與主控單元1-3通過USB串行接口連接，主控單元1-3通過RS485總線方式與攝像頭1-4-1實(shí)現(xiàn)連接，同時(shí)，主控單元1-3通過RS232總線方式與GPS模塊1_4_2實(shí)現(xiàn)連接，主控單元1-3通過以太網(wǎng)與UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元1-6連接，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元1_6的控制信號(hào)輸出端連接驅(qū)動(dòng)控制單元1-5的控制信號(hào)輸入端，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元1-6的反饋信號(hào)輸入端連接驅(qū)動(dòng)控制單元1-5的反饋信號(hào)輸出端，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元1-6的多個(gè)開關(guān)信號(hào)輸入端分別連接限位開關(guān)單元1-7的多個(gè)開關(guān)信號(hào)輸出端。
[0034]本實(shí)施方式中，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元通過控制伺服驅(qū)動(dòng)器，控制電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而當(dāng)足端與地面接觸時(shí)，足端逐漸壓縮彈簧，足端帶動(dòng)壓實(shí)開關(guān)擋板機(jī)械觸發(fā)壓實(shí)開關(guān)，壓實(shí)開關(guān)被觸發(fā)后反饋信號(hào)給UMAC運(yùn)動(dòng)控制器。在足端抬離地面時(shí)，觸地開關(guān)擋板機(jī)械觸發(fā)觸地開關(guān)也是同樣原理。UMAC運(yùn)動(dòng)控制器沒有直接對(duì)限位開關(guān)的信號(hào)輸出，限位開關(guān)型號(hào)為歐姆龍EE-SX673型號(hào)的光電開關(guān)。
[0035]本實(shí)施方式中，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元1-6采用32軸的UMAC運(yùn)動(dòng)控制器，具有與主控單元數(shù)據(jù)通信，規(guī)劃驅(qū)動(dòng)控制單元和采集限位開關(guān)單元信息的功能；
[0036]驅(qū)動(dòng)控制單元，用于接收運(yùn)動(dòng)控制單元指令并實(shí)現(xiàn)電機(jī)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)；限位開關(guān)單元用于檢測(cè)足端是否與地面充分接觸，并檢測(cè)結(jié)果反饋給運(yùn)動(dòng)控制單元。
[0037]遙控操作單元程序和主控單元程序基于VC++6.0開發(fā)；運(yùn)動(dòng)控制單元程序基于UMAC中的PLC程序和運(yùn)動(dòng)控制程序開發(fā)。
[0038]遙控操作單元和主控單元，負(fù)責(zé)指令的發(fā)送和信息的顯示；運(yùn)動(dòng)控制單元、驅(qū)動(dòng)控制單元和限位開關(guān)單元，負(fù)責(zé)優(yōu)化以及控制電機(jī)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。
[0039]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，外部通信單元1-2包括無線路由和無線網(wǎng)卡，所述無線路由和無線網(wǎng)卡采用無線方式連接，無線路由與遙控操作單元1-1的通過以太網(wǎng)方式連接，無線網(wǎng)卡與主控單元1-3通過USB方式連接。
[0040]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，攝像頭1-4-1采用高分辨率的AFT-USB II系列工業(yè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)實(shí)現(xiàn)，GPS模塊1-4-2采用型號(hào)為iTrax300的GPS模塊實(shí)現(xiàn)。
[0041]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，每條機(jī)器臂的末端為足端，每條機(jī)器臂有三個(gè)關(guān)節(jié)，驅(qū)動(dòng)控制單元1-5包括18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器1-5-1和18個(gè)伺服電機(jī)1-5-2，每個(gè)伺服電機(jī)控制一個(gè)關(guān)節(jié)活動(dòng)，
[0042]所述UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元1-6的18個(gè)控制信號(hào)輸出端分別連接18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器
1-5-1的控制信號(hào)輸入端，18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器1-5-1的控制信號(hào)輸出端分別連接18個(gè)伺服電機(jī)1-5-2的控制信號(hào)輸入端，18個(gè)伺服電機(jī)1-5-2的反饋信號(hào)輸出端分別連接18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器1-5-1的反饋信號(hào)輸入端，18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器1-5-1的反饋信號(hào)輸出端分別連接UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元1-6的18個(gè)反饋信號(hào)輸入端。
[0043]【具體實(shí)施方式】五:參照?qǐng)D4具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，限位裝置包括足端觸地開關(guān)1-7-1、足端壓實(shí)開關(guān)1-7-2、觸地開關(guān)擋板3-3、壓實(shí)開關(guān)擋板3-4和彈簧3_5，
[0044]每組限位裝置被固定在一條機(jī)器臂末端的套筒上，足端觸地開關(guān)1-7-1和足端壓實(shí)開關(guān)1-7-2被固定在套筒上，足端圓周壁上開有兩個(gè)徑向孔3-8，觸地開關(guān)擋板3-3通過螺絲固定在一個(gè)徑向孔3-8上，壓實(shí)開關(guān)擋板3-4通過螺絲固定在另一個(gè)徑向孔3-8上，彈簧3-5上端頂靠在套筒3-7上端內(nèi)壁，彈簧3-5下端頂靠在足端3-6上端，
[0045]所述觸地開關(guān)擋板3-3用于觸發(fā)足端觸地開關(guān)1-7-1，該足端觸地開關(guān)1_7_1發(fā)送信號(hào)給UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元1-6，
[0046]壓實(shí)開關(guān)擋板3-4用于觸發(fā)足端壓實(shí)開關(guān)1-7-2，該足端壓實(shí)開關(guān)1_7_2發(fā)送信號(hào)給UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元1-6，6個(gè)彈簧3-5分別用于控制6個(gè)足末端3_6對(duì)地面施加作用力。
[0047]本實(shí)施方式中，足端(3-6)上端在套筒內(nèi)部，并可通過足端受力在套筒內(nèi)部滑動(dòng)，并壓縮彈簧或使彈簧伸長，以及帶動(dòng)觸地開關(guān)擋板和壓實(shí)開關(guān)擋板的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而機(jī)械觸發(fā)觸地開關(guān)或壓實(shí)開關(guān)。
[0048]本實(shí)施方式中，6個(gè)足端觸地開關(guān)1-7-1判斷相應(yīng)機(jī)器臂的足端是否接觸到地面，確定足端是離開地面還是接觸地面，相應(yīng)的足端壓實(shí)開關(guān)用于判斷相應(yīng)機(jī)器臂的足端是否與地面穩(wěn)定可靠接觸，進(jìn)而判斷該條足端是否壓實(shí)地面，并控制驅(qū)動(dòng)控制單元1-5內(nèi)的18個(gè)伺服電機(jī)的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)器人橫向擺動(dòng)和向前擺動(dòng)的來回切換，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定行走。當(dāng)足末端與地面間沒有相互作用力時(shí)，彈簧處于正常狀態(tài)，觸地開關(guān)擋板觸發(fā)觸地開關(guān)，壓實(shí)開關(guān)未被觸發(fā)；當(dāng)足末端與地面間的相互作用力逐漸增大時(shí)，彈簧逐漸被壓縮，觸地開關(guān)擋板與觸地開關(guān)分開，壓實(shí)開關(guān)擋板與壓實(shí)開關(guān)逐漸靠近，直至壓實(shí)開關(guān)被觸發(fā)。UMAC運(yùn)動(dòng)控制器通過接收限位開關(guān)狀態(tài)信號(hào)對(duì)機(jī)器人在復(fù)雜地面的穩(wěn)定行走進(jìn)行控制，如圖3所示。
[0049]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，遙控操作單元1-1采用PC機(jī)實(shí)現(xiàn)。
[0050]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，主控單元1-3采用型號(hào)為PC104的主板實(shí)現(xiàn)。
[0051]本實(shí)施方式中，主控單元采用研華PC104主板，用于實(shí)現(xiàn)與遙控操作單元的信息交互、傳感器單元信息監(jiān)控以及與運(yùn)動(dòng)控制單元數(shù)據(jù)通信的功能。
[0052]【具體實(shí)施方式】八:根據(jù)【具體實(shí)施方式】一所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的控制方法，該方法包括的內(nèi)容為:
[0053]遙控操作單元1-1通過無線路由和無線網(wǎng)卡以無線的方式給主控單元1-3發(fā)送操作指令并實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)，攝像頭1-4-1和GPS模塊1-4-2采集機(jī)器人行走時(shí)的傳感器信息，將信息傳給主控單元1-3，主控單元1-3通過以太網(wǎng)給UMAC運(yùn)動(dòng)控制器1-6發(fā)送操控機(jī)器人行走的命令，從而UMAC運(yùn)動(dòng)控制器1-6通過驅(qū)動(dòng)18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器1-5-1帶動(dòng)18個(gè)伺服電機(jī)1-5-2的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)六個(gè)機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)，同時(shí)采集限位開關(guān)單元1-7反饋的信號(hào)，并根據(jù)所述信號(hào)調(diào)整相應(yīng)伺服電機(jī)1-5-2的控制信號(hào)。
[0054]本實(shí)施方式中，遙控操作單元和主控單元基于服務(wù)器-客戶端的方式實(shí)現(xiàn)無線通信，遙控操作單元通過給主控單元發(fā)送操作人員指令實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)以及接收主控單元傳來的機(jī)器人關(guān)節(jié)角度等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的顯示。
[0055]基于位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)三環(huán)控制方式，UMAC運(yùn)動(dòng)控制器給驅(qū)動(dòng)控制單元發(fā)送模擬量控制單個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過編碼器反饋獲得電機(jī)位置信息。利用UMAC運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)18個(gè)伺服電機(jī)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)六足機(jī)器人在不同模式下運(yùn)動(dòng)。
[0056]六足機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中行走時(shí)，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)足端觸地開關(guān)和壓實(shí)開關(guān)的狀態(tài)，確定足端此時(shí)是離開地面還是壓實(shí)地面，并把限位開關(guān)的狀態(tài)信息融入到機(jī)器人的控制算法中，基于UMAC運(yùn)動(dòng)控制器控制伺服電機(jī)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)六足機(jī)器人擺動(dòng)腿和支撐腿的來回切換，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定行走。
[0057]【具體實(shí)施方式】九:參照?qǐng)D5具體說明本實(shí)施方式，根據(jù)【具體實(shí)施方式】八所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的控制方法，UMAC運(yùn)動(dòng)控制器1-6通過驅(qū)動(dòng)18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器1-5-1帶動(dòng)18個(gè)伺服電機(jī)1-5-2的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)六個(gè)機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)的流程為:
[0058]步驟一、UMAC運(yùn)動(dòng)控制器1-6上電啟動(dòng)，接收18個(gè)伺服電機(jī)1_5_2的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指令，UMAC運(yùn)動(dòng)控制器1-6分別控制6個(gè)機(jī)器臂的6個(gè)足端與地面間產(chǎn)生相互作用力，執(zhí)行步驟二，
[0059]步驟二、判斷6個(gè)機(jī)器臂足端上的6個(gè)足端壓實(shí)開關(guān)1-7-2是否都被觸發(fā)，如果是，則執(zhí)行步驟四，如果否，則執(zhí)行步驟三，
[0060]步驟三、觸發(fā)未被觸發(fā)的壓實(shí)開關(guān)，執(zhí)行步驟四，
[0061]步驟四、6條機(jī)器臂被劃分為擺動(dòng)機(jī)器臂和支撐機(jī)器臂，UMAC運(yùn)動(dòng)控制器控制擺動(dòng)機(jī)器臂足端上的觸地開關(guān)擋板觸發(fā)足端觸地開關(guān)，執(zhí)行步驟五，
[0062]步驟五、擺動(dòng)機(jī)器臂上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)向前擺動(dòng)，支撐機(jī)器臂上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)向后支撐，執(zhí)行步驟六，
[0063]步驟六、判斷擺動(dòng)機(jī)器臂足端上的足端壓實(shí)開關(guān)是否被觸發(fā)，如果是，則執(zhí)行步驟七，如果否，則執(zhí)行步驟五，
[0064]步驟七、停止足端壓實(shí)開關(guān)被觸發(fā)的擺動(dòng)機(jī)器臂足端向前擺動(dòng)，停止支撐機(jī)器臂向后支撐，執(zhí)行步驟八，
[0065]步驟八、等待所有擺動(dòng)機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，判斷是否有機(jī)器人行走結(jié)束指令，如果是，則執(zhí)行步驟九，如果否，則重復(fù)執(zhí)行步驟四、步驟五、步驟六和步驟七，
[0066]步驟九、機(jī)器人停止行走。
【權(quán)利要求】
1.一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)，它包括基座和六條機(jī)器臂，所述基座和六條機(jī)器臂組成六足機(jī)器人，其特征在于，它還包括遙控操作單元(1-1)、外部通信單元(1-2)、主控單兀(1-3)、攝像頭(1-4-1)和GPS模塊(1-4-2)、驅(qū)動(dòng)控制單兀(1-5)、UMAC運(yùn)動(dòng)控制單兀(1-6)和限位開關(guān)單元(1-7)， 每條機(jī)器臂上包括3個(gè)關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)用I個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述限位開關(guān)單元位于每條機(jī)器臂末端的關(guān)節(jié)上，所述主控單元(1-3)、攝像頭(1-4-1)和GPS模塊(1-4-2)和UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元(1-6)均位于基座的內(nèi)部，所述的限位開關(guān)單元(1-7)由6組限位裝置組成，每組限位裝置固定在一條機(jī)器臂末端的套筒上， 所述遙控操作單元(1-1)與外部通信單元(1-2)之間通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，外部通信單元(1-2)與主控單元(1-3)通過USB串行接口連接，主控單元(1-3)通過RS485總線方式與攝像頭(1-4-1)實(shí)現(xiàn)連接，同時(shí)，主控單元(1-3)通過RS232總線方式與GPS模塊(1-4-2)實(shí)現(xiàn)連接，主控單元(1-3)通過以太網(wǎng)與UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元(1_6)連接，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元(1-6)的控制信號(hào)輸出端連接驅(qū)動(dòng)控制單元(1-5)的控制信號(hào)輸入端，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元(1-6)的反饋信號(hào)輸入端連接驅(qū)動(dòng)控制單元(1-5)的反饋信號(hào)輸出端，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元(1-6)的多個(gè)開關(guān)信號(hào)輸入端分別連接限位開關(guān)單元(1-7)的多個(gè)開關(guān)信號(hào)輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，外部通信單元(1-2)包括無線路由和無線網(wǎng)卡，所述無線路由和無線網(wǎng)卡采用無線方式連接，無線路由與遙控操作單元(1-1)的通過以太網(wǎng)方式連接，無線網(wǎng)卡與主控單元(1-3)通過USB方式連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，攝像頭(1-4-1)采用高分辨率的AFT-USB II系列工業(yè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)實(shí)現(xiàn)，GPS模塊(1_4_2)采用型號(hào)為iTrax300的GPS模塊實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，每條機(jī)器臂的末端為足端，每條機(jī)器臂有三個(gè)關(guān)節(jié)，驅(qū)動(dòng)控制單元(1-5)包括18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器(1-5-1)和18個(gè)伺服電機(jī)(1-5-2)，每個(gè)伺服電機(jī)控制一個(gè)關(guān)節(jié)活動(dòng)， 所述UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元(1-6)的18個(gè)控制信號(hào)輸出端分別連接18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器(1-5-1)的控制信號(hào)輸入端，18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器(1-5-1)的控制信號(hào)輸出端分別連接18個(gè)伺服電機(jī)(1-5-2)的控制信號(hào)輸入端，18個(gè)伺服電機(jī)(1-5-2)的反饋信號(hào)輸出端分別連接18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器(1-5-1)的反饋信號(hào)輸入端，18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器(1-5-1)的反饋信號(hào)輸出端分別連接UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元(1-6)的18個(gè)反饋信號(hào)輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，限位裝置包括足端觸地開關(guān)(1-7-1)、足端壓實(shí)開關(guān)(1-7-2)、觸地開關(guān)擋板(3-3)、壓實(shí)開關(guān)擋板(3-4)和彈簧(3-5)， 每組限位裝置被固定在一條機(jī)器臂末端的套筒上，足端觸地開關(guān)(1-7-1)和足端壓實(shí)開關(guān)(1-7-2)被固定在套筒上，足端圓周壁上開有兩個(gè)徑向孔(3-8)，觸地開關(guān)擋板(3-3)通過螺絲固定在一個(gè)徑向孔(3-8)上，壓實(shí)開關(guān)擋板(3-4)通過螺絲固定在另一個(gè)徑向孔(3-8)上，彈簧(3-5)上端頂靠在套筒(3-7)上端內(nèi)壁，彈簧(3-5)下端頂靠在足端(3_6)上端， 所述觸地開關(guān)擋板(3-3)用于觸發(fā)足端觸地開關(guān)(1-7-1)，該足端觸地開關(guān)(1-7-1)發(fā)送信號(hào)給UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元(1-6)， 壓實(shí)開關(guān)擋板(3-4)用于觸發(fā)足端壓實(shí)開關(guān)(1-7-2)，該足端壓實(shí)開關(guān)(1-7-2)發(fā)送信號(hào)給UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元(1-6)，6個(gè)彈簧(3-5)分別用于控制6個(gè)足末端(3_6)對(duì)地面施加作用力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，遙控操作單元(1-1)米用PC機(jī)實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，主控單元(1-3)采用型號(hào)為PC104的主板實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、4和5所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的控制方法，其特征在于，該方法包括的內(nèi)容為: 遙控操作單元(1-1)通過無線路由和無線網(wǎng)卡以無線的方式給主控單元(1-3)發(fā)送操作指令并實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)，攝像頭(1-4-1)和GPS模塊(1-4-2)采集機(jī)器人行走時(shí)的傳感器信息，將信息傳給主控單元(1-3)，主控單元(1-3)通過以太網(wǎng)給UMAC運(yùn)動(dòng)控制器(1-6)發(fā)送操控機(jī)器人行走的命令，從而UMAC運(yùn)動(dòng)控制器(1-6)通過驅(qū)動(dòng)18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器(1-5-1)帶動(dòng)18個(gè)伺服電機(jī)(1-5-2)的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)六個(gè)機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)，同時(shí)采集限位開關(guān)單元(1-7)反饋的信號(hào)，并根據(jù)所述信號(hào)調(diào)整相應(yīng)伺服電機(jī)(1-5-2)的控制信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的控制方法，其特征在于，UMAC運(yùn)動(dòng)控制器(1-6)通過驅(qū)動(dòng)18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器(1-5-1)帶動(dòng)18個(gè)伺服電機(jī)(1_5_2)的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)六個(gè)機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)的流程為: 步驟一、UMAC運(yùn)動(dòng)控制器(1-6)上電啟動(dòng)，接收18個(gè)伺服電機(jī)(1-5-2)的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指令，UMAC運(yùn)動(dòng)控制器(1-6)分別控制6個(gè)機(jī)器臂的6個(gè)足端與地面間產(chǎn)生相互作用力，執(zhí)行步驟二， 步驟二、判斷6個(gè)機(jī)器臂足端上的6個(gè)足端壓實(shí)開關(guān)(1-7-2)是否都被觸發(fā)，如果是，則執(zhí)行步驟四，如果否，則執(zhí)行步驟三， 步驟三、觸發(fā)未被觸發(fā)的壓實(shí)開關(guān)，執(zhí)行步驟四， 步驟四、6條機(jī)器臂被劃分為擺動(dòng)機(jī)器臂和支撐機(jī)器臂，UMAC運(yùn)動(dòng)控制器(1-6)控制擺動(dòng)機(jī)器臂足端上的觸地開關(guān)擋板(3-3)觸發(fā)足端觸地開關(guān)(1-7-1)，執(zhí)行步驟五， 步驟五、擺動(dòng)機(jī)器臂上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)向前擺動(dòng)，支撐機(jī)器臂上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)向后支撐，執(zhí)行步驟六， 步驟六、判斷擺動(dòng)機(jī)器臂足端上的足端壓實(shí)開關(guān)(1-7-2)是否被觸發(fā)，如果是，則執(zhí)行步驟七，如果否，則執(zhí)行步驟五， 步驟七、停止足端壓實(shí)開關(guān)(1-7-2)被觸發(fā)的擺動(dòng)機(jī)器臂足端向前擺動(dòng)，停止支撐機(jī)器臂向后支撐，執(zhí)行步驟八， 步驟八、等待所有擺動(dòng)機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，判斷是否有機(jī)器人行走結(jié)束指令，如果是，則執(zhí)行步驟九，如果否，則重復(fù)執(zhí)行步驟四、步驟五、步驟六和步驟七， 步驟九、機(jī)器人停止行走。
【文檔編號(hào)】G05B19/18GK104460672SQ201410653477
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】尤波, 時(shí)洋, 許家忠, 李東潔, 李佳鈺, 李智 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)