專利名稱：一種基于現(xiàn)場總線仿人機(jī)器人六自由機(jī)械臂的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)和自動化領(lǐng)域，涉及機(jī)器人機(jī)械臂的控制系統(tǒng)，特別涉及 一種基于現(xiàn)場總線仿人機(jī)器人六自由度機(jī)械臂的控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
仿人機(jī)器人是與人類最接近的一種機(jī)器人，它與傳統(tǒng)履帶機(jī)器人或者輪式機(jī)器人 相比，更能適應(yīng)人類日常環(huán)境，同時更便于使用為人類發(fā)明設(shè)計的各種工具，模仿人類各種 行為動作，因此，仿人機(jī)器人具有廣闊的發(fā)展前景。目前，人們對于仿人機(jī)器人的研究仍然主要集中在探索更加有效、可靠的穩(wěn)定性 控制方法，在這些研究中，仿人機(jī)器人的臂部和手部作為機(jī)器人行動過程中動作協(xié)調(diào)性和 外界接觸受力的部位，就成為解決仿人機(jī)器人的行動過程中動作協(xié)調(diào)性和動作穩(wěn)定性的關(guān) 鍵所在。在一些復(fù)雜的動作中，比如武術(shù)的刀術(shù)、劍術(shù)、太極推手、舞蹈表演、跑步時，其臂部 姿態(tài)就特別重要，六自由度機(jī)械臂能滿足人類臂部的基本動作和姿態(tài)，六自由為肩部2個、 肘部1個、腕部3個。以往仿人機(jī)器人機(jī)械臂的控制方法采用集中控制方法。目前，仿人機(jī)器人機(jī)械臂 的控制方法根據(jù)仿人機(jī)器人大小采用集中或者分布式控制方法，由于選用控制方法和系統(tǒng) 存在差異，其效果也不同。

發(fā)明內(nèi)容
在解決大型仿人機(jī)器人機(jī)械臂完成復(fù)雜的動作中，為了系統(tǒng)高度實時性、容錯性、 可靠性、擴(kuò)充性，本發(fā)明提出一種基于現(xiàn)場總線仿人機(jī)器人六自由機(jī)械臂的控制系統(tǒng)1-1， 所述技術(shù)方案如下一種基于現(xiàn)場總線仿人機(jī)器人六自由機(jī)械臂的控制系統(tǒng)1-1，所述系統(tǒng)包括主 計算機(jī)(1)、現(xiàn)場總線(2)、伺服單元(3)。所述主計算機(jī)(1)完成運動規(guī)劃算法，同時主計算機(jī)(1)還將通過現(xiàn)場總線(2) 與各伺服單元(3)通信，各伺服單元(3)驅(qū)動仿人機(jī)器人機(jī)械臂1-3各關(guān)節(jié)1-2的協(xié)調(diào)運 動。所述現(xiàn)場總線⑵選用CAN現(xiàn)場總線(2)，CAN總線是一種現(xiàn)場總線(fieldbus)，直接 通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km，速率5Kbps以下，通信速率最高可達(dá)IMbPs，此時通信距離最長為 40m，節(jié)點目前可達(dá)110個，通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，CAN現(xiàn)場總線(2)完成 主計算機(jī)(1)與各伺服單元(3)通信。所述伺服單元驅(qū)動機(jī)械臂1-3各關(guān)節(jié)1-2運動。所述伺服單元包括控制器2-1、驅(qū)動器2-2、電機(jī)2-3、檢測與反饋電路2_4、減速器 2-5組成。驅(qū)動器2-2選用TITECH的JW-144-2，電機(jī)2_3肩部和肘部選用的是瑞士 MAXON 公司的RE系列石墨電刷直流電機(jī)，型號為RE3024V 60W,腕部選用的也是瑞士 MAXON公司的 RE系列石墨電刷直流電機(jī)，型號為RE3024V 20W,從電機(jī)2_3軸檢測與反饋器件選用的是光 電軸角編碼器，從減速器2-5檢測與反饋器件選用的是電位器，減速器2-5選用的是諧波減 速器ο
所述控制器2-1包括CAN總線電路3-1、單片機(jī)3_2、D/A轉(zhuǎn)換電路3_3。單片機(jī)
3-2選用的是AT89C51CC01，AT89C51CC01本身自有CAN總線控制器，故不需要外加CAN總 線控制器，D/A轉(zhuǎn)換電路3-3選用D/A轉(zhuǎn)換器是DAC7621。所述CAN總線電路3-1包括光電耦合器4-1、CAN總線收發(fā)器4_2、防雷擊管4_3、 電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容Cl、電容C2。光電耦合器4_1選用高速光耦隔離 6N137芯片，在此用2片6附37芯片，單片機(jī)3_2的TXDC引腳通過電阻Rl和一片6附37芯片 IN引腳連接，單片機(jī)3-2的RXDC引腳和另一片6N137芯片OUT引腳連接，CAN總線收發(fā)器
4-2選用TJA1050芯片，一片6附37芯片OUT引腳連接TJA1050芯片引腳TXD，另一片6附37 芯片IN引腳通過電阻R2連接TJA1050芯片引腳RXD，TJA1050芯片的CANH引腳通過電阻 R3、電容Cl、防雷擊管4-3與CAN總線節(jié)點相連，TJA1050芯片的CANL引腳通過電阻R4、電 容C2、防雷擊管4-3與CAN總線節(jié)點相連。本發(fā)明的有益效果是1.控制實時性能好，運動控制準(zhǔn)確。2.電路簡單高效，抗干擾能力強(qiáng)。3.電纜線少，便于應(yīng)用，成本低。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)及工作過程示意圖。圖2為本發(fā)明伺服單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明控制器結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明CAN總線電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。第一步如圖1所示，當(dāng)仿人機(jī)器人機(jī)械臂1-3需要做出某種姿態(tài)時，主計算機(jī) (1)根據(jù)當(dāng)前的各關(guān)節(jié)1-2的姿態(tài)以及下一步各關(guān)節(jié)1-2的姿態(tài)完成運動規(guī)劃算法，主計算 機(jī)(1)通過現(xiàn)場總線(2)把運動規(guī)劃算法的結(jié)果傳送到相應(yīng)各伺服單元(3)。第二步如圖2所示，相應(yīng)各伺服單元(3)的控制器2-1根據(jù)運動規(guī)劃算法的結(jié)果 和檢測與反饋電路2-4的結(jié)果經(jīng)過一定的控制算法控制器2-1輸出電壓信號，輸出的電壓 信號控制驅(qū)動器2-2的輸出，驅(qū)動器2-2的輸出控制電機(jī)2-3轉(zhuǎn)動，電機(jī)2-3的轉(zhuǎn)動驅(qū)動減 速器2-5轉(zhuǎn)動，減速器2-5的轉(zhuǎn)動驅(qū)動關(guān)節(jié)3轉(zhuǎn)動，在驅(qū)動器2-2控制電機(jī)2_3轉(zhuǎn)動、電機(jī) 2-3驅(qū)動減速器2-5轉(zhuǎn)、減速器2-5驅(qū)動關(guān)節(jié)3轉(zhuǎn)動的同時，從電機(jī)2_3軸光電軸角編碼器 檢測的信號以及從減速器2-5電位器檢測的信號反饋到控制器2-1，再重復(fù)上述過程，直至 關(guān)節(jié)1-2達(dá)到預(yù)期的位置，機(jī)械臂1-3需要做出預(yù)期的姿態(tài)。第三步如圖1所示，相應(yīng)各伺服單元(3)的控制器2-1把各關(guān)節(jié)1-2的姿態(tài)位置 發(fā)送到主計算機(jī)(1)，同時準(zhǔn)備機(jī)械臂1-3下一個姿態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于現(xiàn)場總線仿人機(jī)器人六自由機(jī)械臂的控制系統(tǒng)1-1，其特征在于包括主 計算機(jī)(1)、現(xiàn)場總線( 和伺服單元C3)三部分。主計算機(jī)(1)完成運動規(guī)劃算法，同時 主計算機(jī)(1)還將通過現(xiàn)場總線(2)與各伺服單元(3)通信，各伺服單元(3)驅(qū)動仿人機(jī) 器人機(jī)械臂1-3各關(guān)節(jié)1-2的協(xié)調(diào)運動。
2.如權(quán)利要求1所述的基于現(xiàn)場總線仿人機(jī)器人機(jī)械臂的控制方法及系統(tǒng)，，其特征 在于所述伺服單元C3)包括控制器2-1、驅(qū)動器2-2、電機(jī)2-3、檢測與反饋電路2-4、減速 器2-5組成。驅(qū)動器2-2選用TITECH的JW-144-2，電機(jī)2_3肩部和肘部選用的是瑞士 MAXON 公司的RE系列石墨電刷直流電機(jī)，型號為RE30MV 60W,腕部選用的也是瑞士 MAXON公司的 RE系列石墨電刷直流電機(jī)，型號為RE30MV 20W,從電機(jī)2_3軸檢測與反饋器件選用的是光 電軸角編碼器，從減速器2-5檢測與反饋器件選用的是電位器，減速器2-5選用的是諧波減 速器ο
3.如權(quán)利要求2所述的伺服單元(3)，其特征在于所述伺服單元(3)的控制器2-1包 括CAN總線電路3-1、單片機(jī)3-2、D/A轉(zhuǎn)換電路3_3。單片機(jī)3_2選用的是AT89C51CC01， AT89C51CC01本身自有CAN總線控制器，故不需要外加CAN總線控制器，D/A轉(zhuǎn)換電路3_3 選用D/A轉(zhuǎn)換器是DAC7621。
4.如權(quán)利要求3所述的控制器2-1，其特征在于所述控制器2-1的CAN總線電路3-1 包括包括光電耦合器4-1、CAN總線收發(fā)器4-2、防雷擊管4-3、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電 阻R4、電容Cl、電容C2。光電耦合器4-1選用高速光耦隔離6附37芯片，在此用2片6附37 芯片，單片機(jī)3-2的T)(DC引腳通過電阻Rl和一片6附37芯片IN引腳連接，單片機(jī)3_2的 RXDC引腳和另一片6附37芯片OUT引腳連接，CAN總線收發(fā)器4_2選用TJA1050芯片，一片 6N137芯片OUT引腳連接TJA1050芯片引腳TXD,另一片6N137芯片IN引腳通過電阻R2連 接TJA1050芯片引腳RXD，TJA1050芯片的CANH引腳通過電阻R3、電容Cl、防雷擊管4_3與 CAN總線節(jié)點相連，TJA1050芯片的CANL引腳通過電阻R4、電容C2、防雷擊管4_3與CAN總 線節(jié)點相連。
全文摘要
一種仿人機(jī)器人機(jī)械臂的控制系統(tǒng)，屬于機(jī)器人技術(shù)和自動化領(lǐng)域，具體涉及一種基于現(xiàn)場總線仿人機(jī)器人六自由機(jī)械臂的控制系統(tǒng)，它的目的是為了仿人機(jī)器人機(jī)械臂動作和姿態(tài)準(zhǔn)確控制。本發(fā)明包括主計算機(jī)(1)、現(xiàn)場總線(2)和伺服單元(3)三部分。主計算機(jī)(1)完成運動規(guī)劃算法，同時主計算機(jī)(1)還將通過現(xiàn)場總線(2)與各伺服單元(3)通信，各伺服單元(3)驅(qū)動仿人機(jī)器人機(jī)械臂1-3各關(guān)節(jié)1-2的協(xié)調(diào)運動，達(dá)到預(yù)期的姿態(tài)。本發(fā)明控制實時性能好、運動控制準(zhǔn)確、電路簡單高效、抗干擾能力強(qiáng)、電纜線少、便于應(yīng)用、成本低。
文檔編號B25J13/00GK102126220SQ20101003245
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者史慶軍, 姜重然, 徐斌山, 李麗, 白金泉, 薄向東, 陳文平 申請人:佳木斯大學(xué)