[发明专利]一种足式步行机器人的分布式运动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种足式步行机器人运动控制系统，具体涉及一种足式步行机器人的分布式运动控制系统，属于足式步行机器人领域。

背景技术

足式步行机器人是一种模仿自然界足式动物而建立的足式移动机构，具有结构简单、稳定性高、运动灵活以及适应性强等优点，在救灾抢险、军事、探险等领域有着广阔的应用前景。

足式步行机器人的研究工作起步于上世纪六十年代。随着计算机技术、微电子技术以及自动控制技术的发展，到了上世纪八十年代，越来越多的科研机构以及学者开始涉足足式步行机器人的研究领域，研究热点主要集中在足式步行机器人的复杂地形环境适应行走方面。而复杂环境适应行走的实现离不开运动控制系统的设计。

目前，足式步行机器人的运动控制系统主要是采用集中式控制系统。所谓集中式控制系统是指由一台控制器独自完成机器人所有控制任务的系统。集中式控制系统具有结构简单，布置方便的优点，但也有着实时性不高和可靠性低的缺点。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种足式步行机器人的分布式运动控制系统。 

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种足式步行机器人的分布式运动控制系统，其特征在于，包括：通信模块、主控制器和多个子控制器；主控制器连接通信模块，通信模块分别与每个子控制器相连。

前述的一种足式步行机器人的分布式运动控制系统，其特征在于，主控制器与通信模块之间通过并行ISA总线相连；通信模块与每个子控制器之间通过串行SPI总线相连。

前述的一种足式步行机器人的分布式运动控制系统，其特征在于，主控制器连接有并行ISA总线模块、以太网接口模块、RS232接口模块和带光电隔离的输入输出模块；并行ISA总线模块连接通信模块的并行ISA总线接口；以太网接口模块连接无线路由器； RS232接口模块连接倾角传感器；带光电隔离的输入输出模块连接油泵；通信模块为FPGA通信模块。

前述的一种足式步行机器人的分布式运动控制系统，其特征在于，主控制器为ARM9嵌入式处理器。

前述的一种足式步行机器人的分布式运动控制系统，其特征在于，子控制器连接有串行SPI总线模块、ADC模块、PWM模块；串行SPI总线模块连接差分驱动模块，差分驱动模块连接通信模块的串行SPI总线接口；ADC模块连接模拟量采集模块；PWM模块连接伺服驱动模块。

前述的一种足式步行机器人的分布式运动控制系统，其特征在于，子控制器为TMS320F28027型微控制器；模拟量采集模块分别连接位移传感器和力传感器；伺服驱动模块连接液压缸。

前述的一种足式步行机器人的分布式运动控制系统，其特征在于，通信模块包括并行ISA总线接口以及若干串行SPI总线接口，每个串行SPI总线接口各连接有双端口RAM模块，串行SPI总线接口与双端口RAM模块的一端相连，双端口RAM模块的另一端与并行ISA总线接口相连。

本发明的有益之处在于：本发明的一种足式步行机器人的分布式运动控制系统具有很好的实时性和可靠性，能够在足式步行机器人中实现实时数据通信，进行有效路径规划和实时精确控制关节运动。

附图说明

图1是本发明一种足式步行机器人的分布式运动控制系统的一个优选结构示意图；

图2是本发明基于图1的另一个优选结构示意图；

图3是本发明中主控制器的一个优选结构连接示意图；

图4是本发明中子控制器的一个优选结构连接示意图；

图5是本发明中通信模块的一个优选结构连接示意图；

图6是本发明中通信模块的一个优选内部结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1所示，一种足式步行机器人的分布式运动控制系统，包括：通信模块、主控制器和多个子控制器；主控制器连接通信模块，通信模块分别与每个子控制器相连。本发明采用了多个独立的子控制器，每个子控制器都可以用来控制一个子系统，子控制器和主控制器之间通过通信模块进行数据交换。本发明的足式步行机器人具有多条腿，每个子控制器用于实现一条腿的运动参数采集和各自由度运动的速度、位置控制，而主控制器用于完成机器人整体姿态分析、运动规划与诊断。由于本发明的运动控制系统是由多个相对独立的子系统构成，因此本发明属于分布式运动控制系统。相对于集中式控制系统来说，本发明具有实时性和可靠性高的优点。