[发明专利]基于虚拟仿真与Linux操作系统的机器人硬实时控制系统

说明书

本发明涉及一种基于虚拟仿真与Linux操作系统的机器人硬实时控制系统,包括Unity3D虚拟仿真系统、Linux系统工控机和伺服电机驱动器，所述Unity3D虚拟仿真系统通过Socket网络与Linux系统工控机相连接进行数据通信，所述Linux系统工控机通过CAN网络与伺服电机驱动器进行数据通信，该Linux系统工控机采用Xenomai内核补丁对Linux内核实时扩展的Linux实时操作系统。本发明以Unity虚拟仿真系统作为上位机，以Linux系统工控机作为下位机，使用UDP通讯协议进行上位机和下位机的数据传输，通过Can总线实现下位机与伺服电机的通讯，从而实现远程控制机器人的工作状态与运动功能，并根据数据反馈有效监测机器人实时运动姿态，保证了机器人运动的强实时性，具有成本低、扩展性好的优点。

技术领域

本发明属于机器人控制技术领域，尤其是一种基于虚拟仿真与Linux操作系统的机器人硬实时控制系统。

背景技术

目前，虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，运用于生产生活等诸多领域，特别是机器人技术和虚拟仿真技术的结合，提供了建设性的指导经验。虚拟现实技术可以模拟实时动态的环境以及三维实体，通过搭建虚拟场景，模拟实际生产中工业机器人的具体位姿和运动轨迹，设计虚拟场景的交互界面，实现仿真系统的控制与监控。将机器人技术和虚拟现实技术相结合是当今科技革新的热点之一。

实时系统是能够在确定的时间内执行计算或处理事务并对外部事件做出响应的计算机系统。实时性对于机器人尤其是远程控制机器人的研究具有重要意义，目前机器人实时控制系统主要有RTOS+Linux双系统、VxWorks操作系统等。RTOS+Linux双系统需要额外设计系统间的通讯，开发及调试的难度比较高，VxWorks技术成熟，广泛运用于航空、军事等高端领域，但成本昂贵。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、实时性强且准确可靠的基于虚拟仿真与Linux操作系统的机器人硬实时控制系统。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于虚拟仿真与Linux操作系统的机器人硬实时控制系统，包括Unity3D虚拟仿真系统、Linux系统工控机和伺服电机驱动器，所述Unity3D虚拟仿真系统通过Socket网络与Linux系统工控机相连接进行数据通信，所述Linux系统工控机通过CAN网络与伺服电机驱动器进行数据通信，该Linux系统工控机采用Xenomai内核补丁对Linux内核实时扩展的Linux实时操作系统。

所述Unity3D虚拟仿真系统包括：通过Socket网络通信Udp协议搭建的指令发送模块与数据接收模块、控制机器人各种运动模式的指令计算模块、显示机器人当前运动状态的三维显示模块以及显示机器人各关节当前工作状态的数据显示模块。

所述Unity3D虚拟仿真系统通过无线路由器与Linux系统工控机相连接。

所述Linux系统工控机包括安装在工控机上的多个CAN卡、ADAM数据采集卡、Linux实时操作系统以及硬实时控制系统；所述多个CAN卡通过CAN网络与伺服电机驱动器相连接；所述ADAM数据采集卡通过RS485总线与外部传感器相连接。

所述外部传感器为接近开关和磁导航传感器。

所述硬实时控制系统包括通过Socket网络通信Udp协议实现的机器人与移动平台的运动指令接收模块和机器人与移动平台工作数据反馈模块、采集传感器数据模块、机器人与运动平台的伺服电机的运动参数计算模块、通过Xenomai内核调用RTDM的上层接口与实时驱动

模块rtcan创建CAN卡与伺服电机的通信连接模块。

所述伺服电机驱动器与机器人上的伺服电机相连接。

所述机器人上的伺服电机包括机器人手臂上的伺服电机以及移动平台轮胎上的伺服电机。