專利名稱：仿人機器人分布式雙總線運動控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種仿人機器人分布式雙總線運動控制系統，用于仿人機器人 的運動控制。屬于多自由度運動控制系統。
背景技術：
仿人機器人運動控制系統通常需要實時地控制三十個以上的關節，同時 需要采集和處理碼盤、壓力傳感器等多種信息。以往基于計算機局部總線如 PCI (周邊元件擴展接口)、 VME或者ISA (工業標準結構)總線的集中式控 制系統雖然具有很高的處理速度和通訊速度，但是處理器的負擔過重，而且 與控制器相連的導線過多，系統容易受到電磁干擾而影響運行的可靠性。為 解決以上問題，目前的仿人機器人關節控制系統多采用了基于CAN (控制器 局域網)、USB (通用串行總線)或者索尼公司開發的OPEN-R總線的分布式 控制系統。其中CAN總線因為具有突出的可靠性、實時性和靈活性，在仿人 機器人分布式運動控制系統中得到廣泛的應用。
仿人機器人關節自由度之間存在很強的耦合關系。仿人機器人的運動通 常不是某個關節單獨的運動，而是許多關節一起協調地運動。傳統的仿人機 器人運動控制系統通常采用一個協調運動控制器通過CAN總線集中控制多個 關節控制器，由這些關節控制器完成對所有關節的控制。在運動控制過程中， 協調運動控制器通過CAN總線接收來自所有關節控制器的所有關節當前狀態 信息(碼盤讀數)。通過所有關節當前狀態信息和其他傳感器信息規劃所有 關節運動，然后通過CAN總線向所有關節控制器發送關節控制指令。因為仿 人機器人系統通常具有三十個以上的關節，所以CAN總線上傳輸的控制指令 數據量很大。為了提高仿人機器人在不確定環境下的適應能力，需要提高仿 人機器人運動控制系統的實時性。為了提高運動控制系統的實時性，就需要 提高關節控制指令的發送頻率，從而進一步增加CAN總線上傳送的數據量。 CAN總線的數據傳輸速度非常有限(最高1Mbps)，因此傳統的基于CAN總線的分布式運動控制系統很難滿足仿人機器人系統對更高實時性的要求。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種仿人機器人分布式雙總 線運動控制系統，在實現基于CAN總線的分布式控制的同時滿足系統對更高實 時性的要求。
為解決上述問題，本發明的技術方案中采用基于CAN總線的分布式系統。 整個仿人機器人分布式雙總線運動控制系統由協調運動控制器、CAN總線、局 部總線及若干關節控制器構成，協調運動控制器通過CAN總線與所有關節控 制器相連，全部或者部分關節控制器之間通過局部總線實現互聯，共享關節 狀態信息和傳感器信息。
本發明中所述局部總線通過關節控制器上的通訊接口實現。所述通訊接 口包括串行通訊接口，串行外設接口，以及多通道緩沖串行接口。
本發明的有益效果表現在通過在關節控制器之間增加局部總線，可以在 這些關節控制器之間實現關節狀態信息的共享。通過關節狀態信息的共享可以 實現在這些關節控制器內完成關節自由度之間耦合關系的計算。此時協調運動 控制器可以不再通過CAN總線發送和接收每個關節的運動控制指令而只需要發 送和接收肢體末端的軌跡，從而大大降低CAN總線上傳輸的數據量，滿足系統 對更高實時性的要求。
本發明的有益效果還表現在通過在關節控制器之間增加局部總線，可以在 這些關節控制器之間實現傳感器數據的共享。通過關節控制器之間傳感器數據 的共享，可以實現傳感器數據的收集和壓縮，從而進一步減小CAN總線上傳輸 的數據量。
圖1為本發明仿人機器人分布式雙總線運動控制系統的結構示意圖。 圖2為本發明的實施例1的結構示意圖。 圖3為本發明的實施例2的結構示意圖。 圖4為本發明的實施例3的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。 圖1是本發明仿人機器人分布式雙總線運動控制系統的結構示意圖。 如圖l所示，本發明的仿人機器人分布式雙總線運動控制系統包括協調運動 控制器，CAN總線，局部總線和關節控制器。協調運動控制器通過CAN總線 與所有關節控制器相連，所有或者部分關節控制器之間通過局部總線互聯。 局部總線可以根據數據通訊的具體情況或者關節控制器的數目采用不同的 拓撲結構，具體方法將在實施例中詳細介紹。
實施例1如圖2所示。圖2中本運動控制系統由協調運動控制器，CAN 總線，局部總線，關節控制器1和關節控制器2構成。協調運動控制器通過 CAN總線與關節控制器1和2相連，關節控制器1和2通過局部總線互聯。 局部總線通過關節控制器1和2上的McBSP接口實現。McBSP是多通道緩沖 串行接口，它能夠同步發送和接收8/16/32位串行數據。接收和傳送均采用 獨立的時鐘和幀信號，其來源、頻率和極性等均可由用戶進行編程，而且最 多支持128個通道用于傳送和接收。McBSP包括數據流路徑和控制路徑，通 過6根信號線連接到外部設備。數據通過發送引腳DX發送，接收引腳DR接 收。時鐘和幀同步控制信息分別通過發送時鐘CLKX、接收時鐘CLKR、發送 幀同步FSX和接收幀同步FSR引腳來傳遞。硬件方面將關節控制器1上與發 送數據相關的引腳DX、 CLKX和FSX分別和關節控制器2上與接收數據相關 的引腳DR、 CLKR和FSR相連，將關節控制器2上與發送數據相關的引腳DX、 CLKX和FSX分別和關節控制器1上與接收數據相關的引腳DR、 CLKR和FSR 連接。軟件方面將McBSP設置成為點對點的通訊方式，從而實現兩個關節控 制器之間的互聯。
實施例2如圖3所示。圖3中本運動控制系統由協調運動控制器，CAN 總線，局部總線，關節控制器l、關節控制器2和關節控制器3構成。協調 運動控制器通過CAN總線與所有關節控制器1、 2和3相連，關節控制器1、 2和3通過局部總線互聯。局部總線仍然采用關節控制器上的McBSP接口實現。將計算負載比較輕的關節控制器l設為主，將其他所有關節控制器2和 3設為從。將主關節控制器1上與發送數據相關的引腳DX、 CLKX和FSX分別 與關節控制器2和3上與接收數據相關的引腳DR、 CLKR和FSR相連，將關 節控制器2和3上與發送數據相關的引腳DX、 CLKX和FSX分別與關節控制 器1上與接收數據相關的引腳DR、 CLKR和FSR相連。如果需要連入更多的 關節控制器可以將新加入的關節控制器設為從，將其上與發送數據相關的引 腳分別與主關節控制器1上與接收數據相關的引腳相連，將其上與接收數據 相關的引腳分別與主關節控制器1上與發送數據相關的引腳相連。軟件方面 將McBSP設置成多通道模式，從而實現三個或三個以上關節控制器之間的互 聯。
實施例3如圖4所示。圖4中本運動控制系統由協調運動控制器，CAN 總線，局部總線，關節控制器l、關節控制器2和關節控制器3構成。協調 運動控制器通過CAN總線與關節控制器1、 2和3相連，關節控制器1、 2和 3通過局部總線實現互聯。局部總線仍然采用關節控制器上的McBSP接口實 現。硬件方面將關節控制器1上與發送數據相關的引腳分別與關節控制器2 上與接收數據相關的引腳相連，將關節控制器2上與發送數據相關的引腳分 別與關節控制器3上與接收數據相關的引腳相連，將關節控制器3上與發送 數據相關的引腳分別關節控制器1上與接收數據相關的引腳相連從而構成環 形拓撲網絡。如果需要連入更多的關節控制器，可以將關節控制器3上與發 送數據相關的引腳分別與新加入的關節控制上與接收數據相關的引腳相連， 將新加入的關節控制器上與發送數據相關的引腳分別與關節控制器1上與接 收數據相關的引腳相連。軟件方面將McBSP設置成為點對點的通訊方式，從 而實現三個或三個以上關節控制器之間的互聯。
在實施的過程中，實施例l、 2和3可以組合使用從而在部分或者全部 關節控制器之間實現互聯。局部總線除采用McBSP接口實現以外，也可以采 用關節控制器上常見的其他類型的接口如SCI (串行通訊接口)和SPI (串 行外設接口)等接口實現，具體實現的方法與實施例1、 2或3類似。
權利要求
1、一種仿人機器人分布式雙總線運動控制系統，其特征在于由協調運動控制器、CAN總線、局部總線及若干關節控制器構成，協調運動控制器通過CAN總線與所有關節控制器相連，全部或者部分關節控制器之間通過局部總線實現互聯，共享關節狀態信息和傳感器信息；所述局部總線通過關節控制器上的通訊接口實現。
2、 根據權利要求1的仿人機器人分布式雙總線運動控制系統，其特征在 于所述關節控制器上的通訊接口為串行通訊接口 、串行外設接口或多通道緩 沖串行接口。
全文摘要
本發明涉及一種仿人機器人分布式雙總線運動控制系統，屬于多自由度運動控制系統，用于仿人機器人運動控制。仿人機器人分布式雙總線運動控制系統包括協調運動控制器、CAN總線、關節控制器和局部總線。協調運動控制器通過CAN總線與所有關節控制器相連，全部或者部分關節控制器之間通過局部總線實現互聯。本發明通過增加局部總線實現關節控制器之間狀態和傳感信息的共享，減少CAN總線上傳輸的數據量，從而在實現基于CAN總線的分布式控制的同時滿足系統對更高實時性的要求。
文檔編號B25J13/00GK101293350SQ20081003884
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月12日 優先權日2008年6月12日
發明者劉成剛, 怡 張, 蘇劍波 申請人:上海交通大學