[发明专利]一种机器人的分布式控制系统总线结构

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制系统领域，尤其是涉及一种机器人的分布式控制系统

总线结构。

背景技术

在生产自动化领域，有集中式控制系统和分布式控制系统。在机器人控制系统中，这两种控制系统都得到了应用。集中式控制系统的优点是结构简单、整体性和协调性好、集中式的数据容易管理并容易保证数据的一致性。但其缺点也很多，如软件系统庞大复杂，可扩展性差。如果机器人的关节多，自由度数量大，采取分布式控制系统是比较合理的选择。

典型的机器人分布式控制系统采用分层控制的方法，如下所述：第一层为上位机，主要进行步态规划，动作编排并下传至机器人控制器；第二层为机器人控制器，用于接收上位机下传的动作，并向总线发送命令控制各电机模块和传感器模块；第三层为电机控制模块和传感器模块，电机控制模块内含微控制器和直流电机，它从总线接收主控器的命令，控制内部直流电机的速度、角度等。

目前有多种总线在机器人分布式控制系统中应用。其中以CAN总线的应用最为广泛。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。但是CAN总线布线复杂，而且随着机器人技术的不断进步，对总线通信速度也有了新的要求，传统的CAN总线已不能满足需要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可靠性高、通讯速率4M以上，且简化机器人的布线的机器人的分布式控制系统总线结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于机器人分布式控制系统的总线结构，其特征在于，该总线结构包括电源总线、数据总线、地线和接口电路，所述的接口电路与控制系统的主机或从机连接，所述的接口电路控制数据流向，所述的总线结构的总线协议为主从应答式，信息以帧为单位，主机信息帧由同步头、帧长度、目标ID、操作码、数据类别、数据内容和效验码组成，从机信息帧由同步头、帧长度、目标ID、数据内容、错误类型字节和效验码组成。

所述的接口电路包括电阻R1、三极管Q1、电阻R2、总线驱动器U1、总线驱动器U2和电阻R0；所述的电阻R1一端接主机/从机的单片机的高低电平输出端口，另一端接三极管Q1的基极；所述的三极管Q1的集电极通过电阻R2与电源连接，三极管Q1的发射极接地；所述的总线驱动器U1的的数据输入端与主机/从机的单片机的发送引脚连接，总线驱动器U1的的数据输出端与数据总线连接，总线驱动器U1的的输出允许控制端连接在三极管Q1与电阻R2之间；所述的总线驱动器U2的数据输出端与主机/从机的单片机的接收引脚连接，总线驱动器U2的数据输入端与数据总线连接，总线驱动器U2的输出允许控制端连接在主机/从机的单片机的高低电平输出端口与电阻R1之间；所述的电阻R0的一端连接电源，另一端分别连接总线驱动器U1的数据输出端和总线驱动器U2的数据输入端。

所述的三极管Q1为NPN型三极管。

所述的总线驱动器U1和总线驱动器U2均为74HC126芯片。

所述的主机/从机的单片机采用基于ARM CORTEX-M3内核的STM32系列单片机。

所述的数据总线采用TTL电平格式，高电平为3.3V，低电平为0V，总线空闲时保持高电平。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、可使网络内的节点个数在理论上不受限制；

2、具有很强的实用性，很高的可靠性；

3、具有比CAN总线更快的通讯速率，可具有达4MBPS以上的波特率；

5、该三线制总线将电源总线和数据总线合为一体，简化了机器人的布线，在多关节、多模块机器人中具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的总线物理接口图；

图2为以STM32单片机为例的实现单线数据总线图；

图3为机器人整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例