專利名稱：可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體是一種可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的 控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)器人應(yīng)用在廣度和深度上的不斷發(fā)展，人們希望在簡化機(jī)器人設(shè)計(jì)、減少 結(jié)構(gòu)部件和降低機(jī)器人成本的同時(shí)，增強(qiáng)機(jī)器人系統(tǒng)性能，增加機(jī)器人功能和結(jié)構(gòu)的多樣 性，所以在機(jī)器人學(xué)研究領(lǐng)域出現(xiàn)了可重構(gòu)機(jī)器人?？芍貥?gòu)模塊化機(jī)器人，是由各種獨(dú)立的 具有相同或不同結(jié)構(gòu)和性能特征的可互換的關(guān)節(jié)模塊和連接模塊組成，能夠根據(jù)作業(yè)的需 要裝配成不同的機(jī)器人構(gòu)型。這種組合并非簡單的機(jī)械重組，還包括控制系統(tǒng)的重組，因?yàn)?模塊本身就是一種集傳動、控制、通訊為一體的單元。可重構(gòu)模塊化機(jī)器人系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn) 是可重構(gòu)性好、裝配方便、靈活性好、功能多樣、適應(yīng)性強(qiáng)和便于維護(hù)。然而，在可重構(gòu)模塊 化機(jī)器人不斷發(fā)展的前提下，卻很少有一個能夠適用的可重構(gòu)、模塊化的控制系統(tǒng)。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利號為5523662的技術(shù)公開了一種模塊 化、可擴(kuò)展和可重構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)，該機(jī)器人系統(tǒng)至少包含2個由一些緊湊型的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié) 所組成的機(jī)械手，每個機(jī)械手可以被拆卸并重裝成各種不同的配置形式。美國專利號US 2008/0046121A1，公開了一種可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的開發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個包含通信 接口的單片機(jī)，一個連接人機(jī)接口的主控制器，一個命令和信號傳輸模塊，以及執(zhí)行命令的 從控制器和一個功能模塊。然而，以上兩種技術(shù)均側(cè)重在機(jī)器人上，沒有考慮到機(jī)器人控制 方面，所以很難使其中所提到的機(jī)器人推廣使用和普及。又經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號為CN101398687A，
公開日2009年4月1日，專利 名稱一種小型雙足機(jī)器人的信息處理平臺，該平臺包括機(jī)器人控制器硬件、通信協(xié)議和 控制系統(tǒng)軟件，該平臺可作為舵機(jī)控制的通用平臺，但是其主要涉及了雙足機(jī)器人的下位 機(jī)控制，且很難應(yīng)用在可重構(gòu)的模塊化機(jī)器人上，并且沒有一個友好的、開放式、可配置的 圖形化控制系統(tǒng)，控制精度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的控制系 統(tǒng)，本發(fā)明為可重構(gòu)的模塊化機(jī)器人提供了一個開放的、靈活的、圖形化的控制系統(tǒng)，具有 開發(fā)周期短、控制精度高的優(yōu)點(diǎn)，且可以進(jìn)行同步、劇本和木偶三種模式的控制。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括模式選擇模塊、初始化設(shè)置模塊、木偶動作控制模塊、劇本動作控制 模塊、同步動作控制模塊、同步調(diào)試模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、生成劇本模塊和接口模塊，其中 初始化設(shè)置模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸設(shè)置的初始化信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊與劇本動 作控制模塊相連傳輸實(shí)時(shí)監(jiān)控的信息，劇本動作控制模塊與生成劇本模塊相連傳輸劇本動 作信息，同步動作控制模塊與同步調(diào)試模塊相連傳輸同步動作信息，木偶動作控制模塊與模式選擇模塊相連傳輸機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息，木偶動作控制模塊與劇本動作控制模塊相 連傳輸機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息，生成劇本模塊和同步調(diào)試模塊分別與模式選擇模塊相連傳 輸動作控制信息，模式選擇模塊與接口模塊相連傳輸選擇的模式的動作控制信息，接口模 塊與可重構(gòu)模塊化機(jī)器人相連傳輸選擇的模式的動作控制信息和機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息， 實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊與接口模塊相連傳輸機(jī)器人的電流、溫度、重心和電機(jī)角度的信息，初始化設(shè) 置模塊與接口模塊相連傳輸設(shè)置的初始信息。所述的初始化設(shè)置模塊包括關(guān)節(jié)零位設(shè)置子模塊、關(guān)節(jié)名稱設(shè)置子模塊和聲音 設(shè)置子模塊，其中關(guān)節(jié)零位設(shè)置子模塊分別與接口模塊和劇本動作控制模塊相連傳輸設(shè) 置的關(guān)節(jié)零位信息，關(guān)節(jié)名稱設(shè)置子模塊分別與接口模塊和劇本動作控制模塊相連傳輸設(shè) 置的關(guān)節(jié)名稱信息，聲音設(shè)置子模塊分別與接口模塊和劇本動作控制模塊相連傳輸設(shè)置的
聲音信息。所述的實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊包括虛擬傳感子模塊、加速度檢測子模塊、碰撞檢測子模 塊、重心提取子模塊、角度監(jiān)控子模塊、電流監(jiān)控子模塊和溫度監(jiān)控子模塊，其中虛擬傳 感子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸虛擬的外界環(huán)境信息，加速度檢測子模塊與劇本動 作控制模塊相連傳輸檢測的加速度信息，碰撞檢測子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸檢 測的機(jī)器人碰撞信息，重心提取子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸機(jī)器人的實(shí)時(shí)重心信 息，角度監(jiān)控子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸機(jī)器人各電機(jī)的實(shí)時(shí)角度信息，電流監(jiān) 控子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸機(jī)器人的實(shí)時(shí)電流信息，溫度監(jiān)控子模塊與劇本動 作控制模塊相連傳輸機(jī)器人的實(shí)時(shí)溫度信息。所述的接口模塊是有線通信方式，或者是無線通信方式。所述的模式選擇模塊包括同步模式子模塊、劇本模式子模塊和木偶模式子模塊， 其中木偶動作控制模塊與木偶模式子模塊相連傳輸機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息，同步調(diào)試模 塊與同步模式子模塊相連傳輸同步動作控制信息，生成劇本模塊與劇本模式子模塊相連傳 輸劇本動作控制信息，同步模式子模塊、劇本模式子模塊和木偶模式子模塊分別與接口模 塊相連傳輸動作控制信息和機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于可以進(jìn)行同步、劇本和木偶三種模式的 控制，為可重構(gòu)模塊化機(jī)器人提供了一個開放的、靈活的、圖形化、模塊化的控制系統(tǒng)，能夠 對可重構(gòu)的模塊化機(jī)器人進(jìn)行快速可靠的調(diào)試與控制，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，同步控制模 式和木偶控制模式的控制精度在IOms以內(nèi)，保證了數(shù)據(jù)通訊的實(shí)時(shí)性。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。實(shí)施例本實(shí)施例包括模式選擇模塊、初始化設(shè)置模塊、木偶動作控制模塊、劇本動作控 制模塊、同步動作控制模塊、同步調(diào)試模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、生成劇本模塊和接口模塊，其 中初始化設(shè)置模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸設(shè)置的初始化信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊與劇 本動作控制模塊相連傳輸實(shí)時(shí)監(jiān)控的信息，劇本動作控制模塊與生成劇本模塊相連傳輸劇本動作信息，同步動作控制模塊與同步調(diào)試模塊相連傳輸同步動作信息，木偶動作控制模 塊與模式選擇模塊相連傳輸機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息，木偶動作控制模塊與劇本動作控制模 塊相連傳輸機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息，生成劇本模塊和同步調(diào)試模塊分別與模式選擇模塊相 連傳輸動作控制信息，模式選擇模塊與接口模塊相連傳輸選擇的模式的動作控制信息，接 口模塊與可重構(gòu)模塊化機(jī)器人相連傳輸選擇的模式的動作控制信息和機(jī)器人的動作數(shù)據(jù) 信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊與接口模塊相連傳輸機(jī)器人的電流、溫度、重心和電機(jī)角度的信息，初 始化設(shè)置模塊與接口模塊相連傳輸設(shè)置的初始信息。所述的初始化設(shè)置模塊包括關(guān)節(jié)零位設(shè)置子模塊、關(guān)節(jié)名稱設(shè)置子模塊和聲音 設(shè)置子模塊，其中關(guān)節(jié)零位設(shè)置子模塊分別與接口模塊和劇本動作控制模塊相連傳輸設(shè) 置的關(guān)節(jié)零位信息，關(guān)節(jié)名稱設(shè)置子模塊分別與接口模塊和劇本動作控制模塊相連傳輸設(shè) 置的關(guān)節(jié)名稱信息，聲音設(shè)置子模塊分別與接口模塊和劇本動作控制模塊相連傳輸設(shè)置的
聲音信息。本實(shí)施例中初始化設(shè)置模塊通過圖像化界面實(shí)現(xiàn)設(shè)置。所述的實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊包括虛擬傳感子模塊、加速度檢測子模塊、碰撞檢測子模 塊、重心提取子模塊、角度監(jiān)控子模塊、電流監(jiān)控子模塊和溫度監(jiān)控子模塊，其中虛擬傳 感子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸虛擬的外界環(huán)境信息，加速度檢測子模塊與劇本動 作控制模塊相連傳輸檢測的加速度信息，碰撞檢測子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸檢 測的機(jī)器人碰撞信息，重心提取子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸機(jī)器人的實(shí)時(shí)重心信 息，角度監(jiān)控子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸機(jī)器人各電機(jī)的實(shí)時(shí)角度信息，電流監(jiān) 控子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸機(jī)器人的實(shí)時(shí)電流信息，溫度監(jiān)控子模塊與劇本動 作控制模塊相連傳輸機(jī)器人的實(shí)時(shí)溫度信息。所述的重心提取子模塊利用機(jī)器人動力學(xué)模型，在劇本動作控制模塊中實(shí)時(shí)計(jì)算 并顯示機(jī)器人運(yùn)動過程中其重心的變化情況，防止劇本動作使機(jī)器人摔倒。所述的模式選擇模塊包括同步模式子模塊、劇本模式子模塊和木偶模式子模塊， 其中木偶動作控制模塊與木偶模式子模塊相連傳輸機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息，同步調(diào)試模 塊與同步模式子模塊相連傳輸同步動作控制信息，生成劇本模塊與劇本模式子模塊相連傳 輸劇本動作控制信息，同步模式子模塊、劇本模式子模塊和木偶模式子模塊分別與接口模 塊相連傳輸動作控制信息和機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息。 所述的接口模塊是無線通信方式。所述的同步調(diào)試模塊利用同步動作控制模塊的動作控制信息對機(jī)器人進(jìn)行同步 調(diào)試，也可實(shí)時(shí)對機(jī)器人的每個電機(jī)進(jìn)行同步調(diào)試。所述的生成劇本模塊將劇本動作控制模塊的動作控制信息編輯成劇本，使機(jī)器人 按照該劇本進(jìn)行動作。所述的木偶動作控制模塊按照與機(jī)器人預(yù)先設(shè)置好的協(xié)議，實(shí)時(shí)地讀取可重構(gòu)模 塊化機(jī)器人中各個電機(jī)的角度值，并實(shí)時(shí)地將其動作數(shù)據(jù)傳給劇本動作控制模塊，方便做 動作編輯，為劇本動作控制模塊提供了快速編輯動作的途徑，也增加了控制的互動性和娛 樂性。本實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的三種控制模式同步控制模式、劇本控制模式和木偶控 制模式，具體如下
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1)同步控制模式a、同步動作控制模塊編輯好動作，并將該動作信息傳給同步調(diào)試模塊；b、同步調(diào)試模塊通過無線通信方式與模塊化機(jī)器人建立通訊；C、同步調(diào)試模塊將編輯好的動作轉(zhuǎn)化為機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動指令下發(fā)到模塊化 機(jī)器人的各個電機(jī)模塊；d、模塊化機(jī)器人與同步動作控制模塊中的虛擬機(jī)器人同步運(yùn)動。2)劇本控制模式e、設(shè)置關(guān)節(jié)名稱、各關(guān)節(jié)零位位置和聲音文件，并將關(guān)節(jié)零位和聲音文件信息保 存至模塊化機(jī)器人中；f、在劇本動作控制模塊中編輯動作，同時(shí)考慮實(shí)時(shí)監(jiān)控的信息，以動作文件形式 將動作發(fā)送到生成劇本模塊；g、生成劇本模塊對動作文件進(jìn)行編排和整理，得到劇本文件，并指定各劇本在鍵 盤或操作手柄上依次所對應(yīng)的按鍵，然后將各劇本通過無線通信方式下載至模塊化機(jī)器人 中；h、在模塊化機(jī)器人上按照各劇本進(jìn)行演示。3)木偶控制模式i、木偶動作控制模塊通過無線通信的方式與模塊化機(jī)器人建立連接；j、模塊化機(jī)器人上的各個電機(jī)實(shí)時(shí)向木偶動作控制模塊反饋機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的 轉(zhuǎn)動角度；k、木偶動作控制模塊獲得機(jī)器人各關(guān)節(jié)角度信息，并向劇本動作控制模塊傳遞動 作數(shù)據(jù)；1、將劇本動作控制模塊得到的動作數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新虛擬機(jī)器人中各關(guān)節(jié)的運(yùn)動，并 使每次動作保存下來。
權(quán)利要求
一種可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括模式選擇模塊、初始化設(shè)置模塊、木偶動作控制模塊、劇本動作控制模塊、同步動作控制模塊、同步調(diào)試模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、生成劇本模塊和接口模塊，其中初始化設(shè)置模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸設(shè)置的初始化信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸實(shí)時(shí)監(jiān)控的信息，劇本動作控制模塊與生成劇本模塊相連傳輸劇本動作信息，同步動作控制模塊與同步調(diào)試模塊相連傳輸同步動作信息，木偶動作控制模塊與模式選擇模塊相連傳輸機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息，木偶動作控制模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息，生成劇本模塊和同步調(diào)試模塊分別與模式選擇模塊相連傳輸動作控制信息，模式選擇模塊與接口模塊相連傳輸選擇的模式的動作控制信息，接口模塊與可重構(gòu)模塊化機(jī)器人相連傳輸選擇的模式的動作控制信息和機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊與接口模塊相連傳輸機(jī)器人的電流、溫度、重心和電機(jī)角度的信息，初始化設(shè)置模塊與接口模塊相連傳輸設(shè)置的初始信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征是，所述的初始化 設(shè)置模塊包括關(guān)節(jié)零位設(shè)置子模塊、關(guān)節(jié)名稱設(shè)置子模塊和聲音設(shè)置子模塊，其中關(guān)節(jié) 零位設(shè)置子模塊分別與接口模塊和劇本動作控制模塊相連傳輸設(shè)置的關(guān)節(jié)零位信息，關(guān)節(jié) 名稱設(shè)置子模塊分別與接口模塊和劇本動作控制模塊相連傳輸設(shè)置的關(guān)節(jié)名稱信息，聲音 設(shè)置子模塊分別與接口模塊和劇本動作控制模塊相連傳輸設(shè)置的聲音信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征是，所述的實(shí)時(shí)監(jiān) 控模塊包括虛擬傳感子模塊、加速度檢測子模塊、碰撞檢測子模塊、重心提取子模塊、角度 監(jiān)控子模塊、電流監(jiān)控子模塊和溫度監(jiān)控子模塊，其中虛擬傳感子模塊與劇本動作控制模 塊相連傳輸虛擬的外界環(huán)境信息，加速度檢測子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸檢測的 加速度信息，碰撞檢測子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸檢測的機(jī)器人碰撞信息，重心 提取子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸機(jī)器人的實(shí)時(shí)重心信息，角度監(jiān)控子模塊與劇本 動作控制模塊相連傳輸機(jī)器人各電機(jī)的實(shí)時(shí)角度信息，電流監(jiān)控子模塊與劇本動作控制模 塊相連傳輸機(jī)器人的實(shí)時(shí)電流信息，溫度監(jiān)控子模塊與劇本動作控制模塊相連傳輸機(jī)器人 的實(shí)時(shí)溫度信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征是，所述的模式選 擇模塊包括同步模式子模塊、劇本模式子模塊和木偶模式子模塊，其中木偶動作控制模 塊與木偶模式子模塊相連傳輸機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息，同步調(diào)試模塊與同步模式子模塊相 連傳輸同步動作控制信息，生成劇本模塊與劇本模式子模塊相連傳輸劇本動作控制信息， 同步模式子模塊、劇本模式子模塊和木偶模式子模塊分別與接口模塊相連傳輸動作控制信 息和機(jī)器人的動作數(shù)據(jù)信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征是，所述的接口模 塊是有線通信方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征是，所述的接口模 塊是無線通信方式。
全文摘要
一種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括模式選擇模塊、初始化設(shè)置模塊、木偶動作控制模塊、劇本動作控制模塊、同步動作控制模塊、同步調(diào)試模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、生成劇本模塊和接口模塊，其中初始化設(shè)置模塊與劇本動作控制模塊相連，實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊與劇本動作控制模塊相連，劇本動作控制模塊與生成劇本模塊相連，同步動作控制模塊與同步調(diào)試模塊相連，木偶動作控制模塊與模式選擇模塊相連，木偶動作控制模塊與劇本動作控制模塊相連，生成劇本模塊和同步調(diào)試模塊分別與模式選擇模塊相連，模式選擇模塊與接口模塊相連。本發(fā)明可以進(jìn)行同步、劇本和木偶三種模式的控制，開發(fā)周期短，控制精度高，保證了數(shù)據(jù)通訊的實(shí)時(shí)性。
文檔編號B25J17/00GK101879720SQ201010220310
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者張鎮(zhèn), 曹其新, 王雯珊, 石飛, 陳培華 申請人:上海交通大學(xué)