專(zhuān)利名稱(chēng)：仿人機(jī)器人初始位置精確復(fù)位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿人機(jī)器人初始位置精確復(fù)位系統(tǒng)，可以使仿人機(jī)器人在任意時(shí)刻自動(dòng)恢復(fù)到系統(tǒng)設(shè)定的同一個(gè)精確初始位置，并可以檢測(cè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)因機(jī)械空程和關(guān)節(jié)松動(dòng)所產(chǎn)生的誤差角度值。屬于機(jī)器人控制、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
仿人機(jī)器人的目標(biāo)是模仿人類(lèi)能夠完成的操作。運(yùn)動(dòng)控制的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和靈活性直接決定仿人機(jī)器人是否能夠模仿人類(lèi)運(yùn)動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人準(zhǔn)確、穩(wěn)定和靈活的控制，在對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制前，就需要先將其身體各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)復(fù)位到一個(gè)精確的初始位置。如果仿人機(jī)器人復(fù)位后處于一個(gè)不是非常穩(wěn)定的初始位置，就有可能導(dǎo)致機(jī)器人在行走過(guò)程中摔倒。如果仿人機(jī)器人在每次復(fù)位后處于一個(gè)不一致的初始位置，利用這些不一致的初始位置進(jìn)行行走算法效果分析時(shí)就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，這就對(duì)行走算法分析帶來(lái)很大的麻煩。所以一個(gè)精確的初始位置不僅是實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人準(zhǔn)確、穩(wěn)定和靈活控制的前提，而且也是進(jìn)行行走算法分析的前提。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前仿人機(jī)器人初始位置復(fù)位有以下幾種方法
第一種方法是在仿人機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)限位裝置，從而實(shí)現(xiàn)上電后復(fù)位到限位位置。但是該復(fù)位方法不僅復(fù)位精度較低，而且一旦機(jī)構(gòu)發(fā)生輕微松動(dòng)或變動(dòng)，因累計(jì)誤差的存在無(wú)法恢復(fù)到一個(gè)一致的初始位置。
第二種方法是在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸上安裝限位開(kāi)關(guān)或者電位計(jì)來(lái)檢測(cè)各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度位置，從而實(shí)現(xiàn)初始位置復(fù)位。也有采用在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸安裝高精度的光電微傳感器來(lái)提高關(guān)節(jié)角度檢測(cè)精度，從而控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)各關(guān)節(jié)精確初始位置復(fù)位。但由于所采用的電位計(jì)、限位開(kāi)關(guān)和其它角度檢測(cè)元件都必須安裝在電機(jī)輸出軸上，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其會(huì)與電機(jī)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，時(shí)間稍長(zhǎng)就會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)，從而導(dǎo)致復(fù)位精度下降。所以這種復(fù)位方法需要定期進(jìn)行零位調(diào)整，不僅麻煩而且費(fèi)時(shí)。由于該方法一般采用開(kāi)環(huán)控制，存在控制誤差，且該方法無(wú)法檢測(cè)發(fā)生松動(dòng)的關(guān)節(jié)和各關(guān)節(jié)的空程誤差角度，所以在復(fù)位過(guò)程中無(wú)法每次都恢復(fù)到一個(gè)精確的初始位置。
第三種方法是通過(guò)檢測(cè)關(guān)節(jié)電機(jī)上安裝的增量碼盤(pán)的脈沖或者絕對(duì)碼盤(pán)的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位，該方法雖然復(fù)位精度較高，但同樣無(wú)法檢測(cè)各關(guān)節(jié)因機(jī)械空程和關(guān)節(jié)松動(dòng)所產(chǎn)生的誤差角度，由于累計(jì)誤差的存在就導(dǎo)致仿人機(jī)器人最終無(wú)法恢復(fù)到一個(gè)精確的初始位置。
第四種方法是韓國(guó)的Jung-HoonKim 、 Jung-Yup Kim和Jun-Ho Oh等人提出的采用KHR系列仿人機(jī)器人上安裝的增量碼盤(pán)、陀螺儀和六維力傳感器，同時(shí)配合使用四種調(diào)節(jié)算法加以控制來(lái)實(shí)現(xiàn)精確復(fù)位(Jung-Hoon K, Jung-Yup K，Jun-Ho O. Adjustment of home posture of biped humanoid robot using sensoryfeedback control. Intelligent Robots and Systems, 2008)。該復(fù)位方法不僅復(fù)位精度高而且能夠恢復(fù)到一個(gè)精確的初始位置。但是該復(fù)位方法依賴(lài)仿人機(jī)器人上安裝的多種傳感器，不具有通用性。而且每次復(fù)位都必須在絕對(duì)水平的金屬板上進(jìn)行復(fù)位才能完全恢復(fù)到精確的初始位置，復(fù)位工作不僅麻煩而且費(fèi)時(shí)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種仿人機(jī)器人初始位置精確復(fù)位系統(tǒng)，可以使仿人機(jī)器人在任意時(shí)刻自動(dòng)、快速地恢復(fù)到系統(tǒng)設(shè)定同一個(gè)精確初始位置，并可以檢測(cè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)因機(jī)械空程和關(guān)節(jié)松動(dòng)所產(chǎn)生的誤差角度值。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用模塊化結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)包括控制命令發(fā)送模塊、上層命令通信模塊、復(fù)位控制器模塊、復(fù)位執(zhí)行器模塊、下層數(shù)據(jù)通信模塊和角度采集模塊六個(gè)部分?？刂泼畎l(fā)送模塊可以保證在任意時(shí)刻發(fā)送復(fù)位控制指令，從而使系統(tǒng)能夠在任意時(shí)刻恢復(fù)到預(yù)設(shè)的初始位置。復(fù)位控制器模塊的CPU中存儲(chǔ)了預(yù)設(shè)的各個(gè)關(guān)節(jié)初始位置，每次復(fù)位都以存儲(chǔ)的初始位置為基準(zhǔn)，所以可以確保仿人機(jī)器人每次恢復(fù)到同一個(gè)初始位置上，從而保證了復(fù)位的精度。角度采集模塊由相對(duì)地面坐標(biāo)系的位置傾角傳感器和陀螺儀組成，并且傳感器都直接安裝在仿人機(jī)器人的關(guān)節(jié)上，采集的角度都以地面坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，從而可以避免因?yàn)殡姍C(jī)控制誤差帶來(lái)的復(fù)位誤差，即使電機(jī)控制不夠精確或者因機(jī)械空程和關(guān)節(jié)松動(dòng)產(chǎn)生了誤差角度，系統(tǒng)也可以將存在的誤差角度發(fā)送到上層實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)顯示出來(lái)。上層命令通信模塊直接采用大多數(shù)仿人機(jī)器人基于CAN總線(xiàn)的通信方式，復(fù)位執(zhí)行器模塊直接利用仿人機(jī)器人自身的電機(jī)控制系統(tǒng)，下層數(shù)據(jù)通信模塊則采用基于串口的通信模式，這樣的模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不需要破壞仿人機(jī)器人原有的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而幾乎可以應(yīng)用到所有仿人機(jī)器人系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)精確的初始位置復(fù)位。
本發(fā)明仿人機(jī)器人初始位置精確復(fù)位系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)特征如下整個(gè)系統(tǒng)由控制命令發(fā)送模塊、上層命令通信模塊、復(fù)位控制器模塊、復(fù)位執(zhí)行器模塊、下層數(shù)據(jù)通信模塊和角度采集模塊六個(gè)部分組成。
其中，所述控制命令發(fā)送模塊包括仿人機(jī)器人主控制臺(tái)和上層實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)，主要完成發(fā)送復(fù)位啟動(dòng)等命令功能。
所述上層命令通信模塊包括總線(xiàn)轉(zhuǎn)接卡、CAN總線(xiàn)，主要完成上層實(shí)時(shí)計(jì)
算機(jī)與復(fù)位控制器模塊的通信功能。
所述復(fù)位控制器模塊包括CPU、 CAN總線(xiàn)收發(fā)器和串行通信口，主要負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)處理和發(fā)送控制命令等功能；
所述復(fù)位執(zhí)行器模塊包括仿人機(jī)器人上的各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)控制器及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，主要負(fù)責(zé)控制各關(guān)節(jié)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
所述下層數(shù)據(jù)通信模塊包括電平轉(zhuǎn)換電路和串口擴(kuò)展電路，主要負(fù)責(zé)完成復(fù)位控制器模塊與角度采集模塊間的數(shù)據(jù)通信。
所述角度采集模塊包括多個(gè)以地面坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的雙軸位置傾角傳感器和陀螺儀，主要負(fù)責(zé)檢測(cè)當(dāng)前機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)相對(duì)地面坐標(biāo)系的角度，并發(fā)送檢測(cè)的角度數(shù)據(jù)。
控制命令發(fā)送模塊中的仿人機(jī)器人主控制臺(tái)通過(guò)無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)與上層實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)連接，上層實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)的輸出通過(guò)總線(xiàn)轉(zhuǎn)接卡及CAN總線(xiàn)分別與復(fù)位控制器模塊和復(fù)位執(zhí)行器模塊連接；復(fù)位控制器上的串行通信口經(jīng)下層數(shù)據(jù)通信模塊中的電平轉(zhuǎn)換電路與串口擴(kuò)展電路相連；下層數(shù)據(jù)通信模塊的擴(kuò)展電路與角度采集模塊中的雙軸位置傾角傳感器和陀螺儀連接。
復(fù)位控制命令由仿人機(jī)器人主控制臺(tái)傳輸?shù)缴蠈訉?shí)時(shí)計(jì)算機(jī)，再經(jīng)CAN總線(xiàn)發(fā)送給復(fù)位控制器模塊中的CPU， CPU接收到復(fù)位命令后，啟動(dòng)復(fù)位并通過(guò)下層數(shù)據(jù)通信模塊向角度采集模塊發(fā)送角度檢測(cè)命令，角度采集模塊檢測(cè)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的角度后將檢測(cè)的角度發(fā)回給CPU, CPU將檢測(cè)的角度與其存儲(chǔ)器內(nèi)預(yù)設(shè)的關(guān)節(jié)角度比較，然后將誤差角度通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給復(fù)位執(zhí)行器模塊中的各電機(jī)控制器，由相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制各關(guān)節(jié)電機(jī)進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位控制器模塊發(fā)送復(fù)位完成指令和復(fù)位誤差到仿人機(jī)器人主控制臺(tái)，完成一次復(fù)位過(guò)程。
本發(fā)明的系統(tǒng)工作過(guò)程為
將仿人機(jī)器人放置于水平地面或者鋪有橡膠塊的水平地面上，通過(guò)仿人機(jī)器人主控制臺(tái)發(fā)送啟動(dòng)復(fù)位控制命令，復(fù)位控制器模塊中的CPU接收到啟動(dòng)復(fù)位命令后，控制安裝在仿人機(jī)器人各關(guān)節(jié)上相對(duì)地面坐標(biāo)系的高精度位置傾角傳感器和仿人機(jī)器人自身安裝的陀螺儀檢測(cè)當(dāng)前各關(guān)節(jié)自由度的角度值，并發(fā)送到復(fù)位控制器中的CPU中。
復(fù)位控制器模塊中的CPU將當(dāng)前檢測(cè)到的各關(guān)節(jié)自由度角度與存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器中的預(yù)設(shè)關(guān)節(jié)自由度的角度比較，然后將誤差角度轉(zhuǎn)化為相對(duì)電機(jī)輸出軸當(dāng)前位置的相對(duì)誤差角度。復(fù)位控制器模塊再根據(jù)復(fù)位控制算法，將相對(duì)誤差角度通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送復(fù)位執(zhí)行器模塊中，由復(fù)位控制器模塊中的各電機(jī)控制器控制相應(yīng)關(guān)節(jié)進(jìn)行復(fù)位。
待復(fù)位程序完成后，如果仿人機(jī)器人已經(jīng)復(fù)位到了預(yù)設(shè)的精確初始位置，就將復(fù)位完成信號(hào)發(fā)送到主控制臺(tái)顯示出來(lái)。如果此時(shí)系統(tǒng)沒(méi)能復(fù)位精確初始位置，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)將存在關(guān)節(jié)松動(dòng)或者關(guān)節(jié)空程對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)自由度的誤差角度值發(fā)送到主控制臺(tái)顯示出來(lái)，再根據(jù)復(fù)位完成情況決定是否由復(fù)位控制器模塊中的CPU啟動(dòng)新一輪的復(fù)位控制過(guò)程。
本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)為該系統(tǒng)不僅可使仿人機(jī)器人在任意時(shí)刻自動(dòng)恢復(fù)到同一個(gè)精確的初始位置，而且復(fù)位過(guò)程快速、穩(wěn)定和準(zhǔn)確。系統(tǒng)能夠檢測(cè)仿人機(jī)器人當(dāng)前各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)自由度因松動(dòng)或存在空程所產(chǎn)生的誤差角度值，并發(fā)送給仿人機(jī)器人上具有顯示能力的上層實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)顯示出來(lái)。復(fù)位過(guò)程完成后，可以啟動(dòng)角度檢測(cè)功能，用于完成監(jiān)控各關(guān)節(jié)自由度角度以防止機(jī)器人關(guān)節(jié)間發(fā)生碰撞。如果配合腳底ZMP (零力矩點(diǎn))傳感器還可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)機(jī)器人
身體重心等功能。
本發(fā)明的有益效果還表現(xiàn)為該復(fù)位系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安裝方便，并且安裝時(shí)不需要破壞原有仿人機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)，具有通用性，可以應(yīng)用到所有仿人機(jī)器人系統(tǒng)中，并且還可以應(yīng)用到其它對(duì)初始位置要求比較嚴(yán)格的領(lǐng)域。
圖1為本發(fā)明仿人機(jī)器人初始位置精確復(fù)位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明的復(fù)位控制流程圖。圖3為本發(fā)明復(fù)位系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)效果圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。
整個(gè)發(fā)明實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下
本發(fā)明的仿人機(jī)器人初始位置精確復(fù)位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括控制命令發(fā)送模塊、上層命令通信模塊、復(fù)位控制器模塊、復(fù)位執(zhí)行器模塊、下層數(shù)據(jù)通信模塊和角度采集模塊。其中，控制命令發(fā)送模塊包括仿人機(jī)器人主控制
臺(tái)和上層實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)，上層命令通信模塊包括總線(xiàn)轉(zhuǎn)接卡和CAN總線(xiàn)，復(fù)位控制器模塊包括CPU、 CAN總線(xiàn)收發(fā)器和串行通信口，復(fù)位執(zhí)行器模塊包括仿人機(jī)器人上的各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)控制器及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，下層數(shù)據(jù)通信模塊包括電平轉(zhuǎn)換電路和串口擴(kuò)展電路，角度采集模塊包括多個(gè)以地面坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的雙軸位置傾角傳感器和陀螺儀。
控制命令發(fā)送模塊中的仿人機(jī)器人主控制臺(tái)通過(guò)無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)與上層實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)連接，上層實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)的輸出通過(guò)總線(xiàn)轉(zhuǎn)接卡及CAN總線(xiàn)分別與復(fù)位控制器模塊和復(fù)位執(zhí)行器模塊連接；復(fù)位控制器上的串行通信口經(jīng)下層數(shù)據(jù)通信模塊中的電平轉(zhuǎn)換電路與串口擴(kuò)展電路相連；下層數(shù)據(jù)通信模塊的擴(kuò)展電路與角度采集模塊中的雙軸位置傾角傳感器和陀螺儀連接；
復(fù)位控制命令由仿人機(jī)器人主控制臺(tái)傳輸?shù)缴蠈訉?shí)時(shí)計(jì)算機(jī)，再經(jīng)CAN總線(xiàn)發(fā)送給復(fù)位控制器模塊中的CPU, CPU接收到復(fù)位命令后，啟動(dòng)復(fù)位并通過(guò)下層數(shù)據(jù)通信模塊向角度采集模塊發(fā)送角度檢測(cè)命令，角度采集模塊檢測(cè)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的角度后將檢測(cè)的角度發(fā)回給CPU, CPU將檢測(cè)的角度與其存儲(chǔ)器內(nèi)預(yù)設(shè)的關(guān)節(jié)角度比較，然后將誤差角度通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給復(fù)位執(zhí)行器模塊中的各電機(jī)控制器，由相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制各關(guān)節(jié)電機(jī)進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位控制器模塊發(fā)送復(fù)位完成指令和復(fù)位誤差到仿人機(jī)器人主控制臺(tái)，完成一次復(fù)位過(guò)程。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，復(fù)位控制器模塊中的CPU采用TI的TMS320F2812芯片，該芯片時(shí)鐘頻率達(dá)到150MHz,具有很好實(shí)時(shí)性。其IO口輸入輸出電壓為3.3V。通過(guò)將該芯片的一路SPI、 2路SCI以及配置在SPI模式下的McBSP通過(guò)4245芯片轉(zhuǎn)換為5伏后，利用4塊串口擴(kuò)展芯片GM8142將每路SPI或SCI擴(kuò)展為4路。擴(kuò)展的SPI或SCI通過(guò)Max232芯片后就可以直接與采用的角度采集模塊進(jìn)行通信。角度采集模塊中采用的檢測(cè)元件為陀螺儀和一種高精度雙軸位置傾角傳感器，如果仿人機(jī)器人身上沒(méi)有安裝陀螺儀可以采用安裝雙軸位置傾角傳感器來(lái)替代陀螺儀來(lái)檢測(cè)軀干運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)自由度的角度值。采用的雙軸位置傾角傳感器為ZCT245CL-232,該傳感器具有零點(diǎn)可調(diào)、高精度等優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)雙軸位置傾角傳感器只需要安裝在與運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)自由度垂直的平面可以檢測(cè)兩個(gè)自由的角度值，如果不是絕對(duì)垂直也可以通過(guò)調(diào)整零位來(lái)精確檢測(cè)關(guān)節(jié)自由度角度值。每路SPI或SCI與一個(gè)雙軸位置傾角傳感器或陀螺儀相連，對(duì)于一般具有6自由度的仿人機(jī)器人機(jī)械臂和6自由度的機(jī)械腳，雙臂和雙足一共有24個(gè)自由度。這樣12個(gè)雙軸位置傾角傳感器就可以檢測(cè)全部24個(gè)關(guān)節(jié)自由度的角度，軀干部位由陀螺儀檢測(cè)。另外多出的3路SPI可以用于其他需要復(fù)位自由度的角度檢測(cè)，這樣就可以檢測(cè)仿人機(jī)器人所有運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)自由度的角度值。由于所采用的陀螺儀和雙軸位置傾角傳感器檢測(cè)的角度值都是相對(duì)地面坐標(biāo)系的絕對(duì)值，所以即使運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)自由度存在空程或松動(dòng)現(xiàn)象都可以檢測(cè)出來(lái)。該復(fù)位系統(tǒng)還利用TMS320F2812芯片的ECAN模塊來(lái)與電機(jī)控制器或仿人機(jī)器人上層實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)模塊進(jìn)行通信。
圖2為本發(fā)明復(fù)位控制器模塊復(fù)位控制的流程圖。如圖2所示，仿人機(jī)器人上電后， 一旦復(fù)位控制器的CPU接收到啟動(dòng)復(fù)位信號(hào)，就開(kāi)始復(fù)位程序。首先初始化芯片外設(shè)和復(fù)位系統(tǒng)中的所有角度檢測(cè)傳感器，然后向其發(fā)送角度檢測(cè)命令，再將傳感器采集的各關(guān)節(jié)自由度的角度值與存儲(chǔ)在復(fù)位控制器中的精確零初始位置對(duì)應(yīng)的角度值進(jìn)行比較后，將誤差值轉(zhuǎn)化為各關(guān)節(jié)自由度電機(jī)對(duì)應(yīng)的角度誤差值。利用這些誤差值首先完成軀干復(fù)位操作，然后開(kāi)始啟動(dòng)雙足的復(fù)位動(dòng)作，雙足復(fù)位引起軀干誤差后，又調(diào)整軀干誤差，直到軀干和雙足復(fù)位完成后再進(jìn)行雙臂的復(fù)位工作。由于在復(fù)位過(guò)程中某個(gè)關(guān)節(jié)自由度可能出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)或者松動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致該自由度始終無(wú)法復(fù)位到設(shè)定的復(fù)位精度以下，最終導(dǎo)致復(fù)位程序停留在軀干、雙足或雙臂這三個(gè)循環(huán)中的一個(gè)內(nèi)無(wú)法完成復(fù)位工作。所以在復(fù)位中將軀干、雙足或雙臂這三個(gè)循環(huán)的次數(shù)最多設(shè)定為3次，如果三次后仍然沒(méi)有完成，說(shuō)明出現(xiàn)有松動(dòng)的關(guān)節(jié)，此時(shí)程序先將這個(gè)循環(huán)的標(biāo)志位設(shè)定為復(fù)位完成狀態(tài)，從而使程序能夠進(jìn)入到下一個(gè)環(huán)節(jié)的復(fù)位中。直到整個(gè)復(fù)位程序結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)將存在松動(dòng)的關(guān)節(jié)所對(duì)應(yīng)的誤差角度通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送到實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)。完成以上過(guò)程后，復(fù)位系統(tǒng)進(jìn)入等待狀態(tài)，此時(shí)可以發(fā)送關(guān)節(jié)角度檢測(cè)命令，系統(tǒng)就會(huì)不斷的將各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)自由度對(duì)應(yīng)的角度值通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)給上層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用于完成監(jiān)控各關(guān)節(jié)自由度角度以防止機(jī)器人關(guān)節(jié)間發(fā)生碰撞。若再配合腳底ZMP傳感器則能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)機(jī)器人身體重心等功能。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的復(fù)位系統(tǒng)在小型仿人機(jī)器人(MIH-1)上進(jìn)行初始位置復(fù)位前后對(duì)比圖。如圖3所示，由主控制臺(tái)發(fā)送啟動(dòng)復(fù)位信號(hào)后，復(fù)位系統(tǒng)自動(dòng)完成復(fù)位工作。圖3中最左邊的兩幅圖是復(fù)位前MIH-1的正面和側(cè)面，從圖中可以看出，MIH-1完全處于一個(gè)不穩(wěn)定的初始位置。經(jīng)過(guò)復(fù)位控制后，MIH-1的正面和側(cè)面如圖3中最右邊的兩幅圖所示。此時(shí)，MIH-1已經(jīng)恢復(fù)到了一個(gè)先前設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)初始位置。經(jīng)過(guò)多次復(fù)位操作證明，該復(fù)位系統(tǒng)都能將仿人機(jī)器人從任意位置恢復(fù)到同一個(gè)精確的初始位置。
權(quán)利要求
1、一種仿人機(jī)器人初始位置精確復(fù)位系統(tǒng)，其特征在于包括控制命令發(fā)送模塊、上層命令通信模塊、復(fù)位控制器模塊、復(fù)位執(zhí)行器模塊、下層數(shù)據(jù)通信模塊和角度采集模塊；所述控制命令發(fā)送模塊包括仿人機(jī)器人主控制臺(tái)和上層實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)；所述上層命令通信模塊包括總線(xiàn)轉(zhuǎn)接卡、CAN總線(xiàn)；所述復(fù)位控制器模塊包括CPU、CAN總線(xiàn)收發(fā)器和串行通信口；所述復(fù)位執(zhí)行器模塊包括仿人機(jī)器人上的各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)控制器及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；所述下層數(shù)據(jù)通信模塊包括電平轉(zhuǎn)換電路和串口擴(kuò)展電路；所述角度采集模塊包括多個(gè)以地面坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的雙軸位置傾角傳感器和陀螺儀；控制命令發(fā)送模塊中的仿人機(jī)器人主控制臺(tái)通過(guò)無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)與上層實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)連接，上層實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)的輸出通過(guò)總線(xiàn)轉(zhuǎn)接卡及CAN總線(xiàn)分別與復(fù)位控制器模塊和復(fù)位執(zhí)行器模塊連接；復(fù)位控制器上的串行通信口經(jīng)下層數(shù)據(jù)通信模塊中的電平轉(zhuǎn)換電路與串口擴(kuò)展電路相連；下層數(shù)據(jù)通信模塊的擴(kuò)展電路與角度采集模塊中的雙軸位置傾角傳感器和陀螺儀連接；復(fù)位控制命令由仿人機(jī)器人主控制臺(tái)傳輸?shù)缴蠈訉?shí)時(shí)計(jì)算機(jī)，再經(jīng)CAN總線(xiàn)發(fā)送給復(fù)位控制器模塊中的CPU，CPU接收到復(fù)位命令后，啟動(dòng)復(fù)位并通過(guò)下層數(shù)據(jù)通信模塊向角度采集模塊發(fā)送角度檢測(cè)命令，角度采集模塊檢測(cè)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的角度后將檢測(cè)的角度發(fā)回給CPU，CPU將檢測(cè)的角度與其存儲(chǔ)器內(nèi)預(yù)設(shè)的關(guān)節(jié)角度比較，然后將誤差角度通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給復(fù)位執(zhí)行器模塊中的各電機(jī)控制器，由相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制各關(guān)節(jié)電機(jī)進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位控制器模塊發(fā)送復(fù)位完成指令和復(fù)位誤差到仿人機(jī)器人主控制臺(tái)，完成一次復(fù)位過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種仿人機(jī)器人初始位置精確復(fù)位系統(tǒng)，包括控制命令發(fā)送模塊、上層命令通信模塊、復(fù)位控制器模塊、復(fù)位執(zhí)行器模塊、下層數(shù)據(jù)通信模塊和角度采集模塊?？刂泼畎l(fā)送模塊發(fā)送的復(fù)位控制命令經(jīng)上層命令通信模塊到復(fù)位控制器模塊的CPU，CPU啟動(dòng)復(fù)位，通過(guò)下層數(shù)據(jù)通信模塊控制角度采集模塊檢測(cè)安裝在仿人機(jī)器人關(guān)節(jié)和軀干上的位置傾角傳感器和陀螺儀的角度，與CPU中預(yù)設(shè)的角度比較后將誤差值通過(guò)上層命令通信模塊發(fā)送給復(fù)位執(zhí)行器模塊，由其控制電機(jī)進(jìn)行復(fù)位，隨后復(fù)位控制器模塊檢測(cè)復(fù)位后的誤差角度，并通過(guò)上層命令通信模塊發(fā)送給上層實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)，完成一次復(fù)位。本發(fā)明可使仿人機(jī)器人在任意時(shí)刻快速、穩(wěn)定的自動(dòng)恢復(fù)到同一個(gè)精確的初始位置。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101673116SQ200910196798
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者佳 于, 凱 劉, 蘇劍波, 鮑瑞敏 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)