[发明专利]一种分布式液压四足机器人控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及四足机器人控制系统，尤其涉及一种分布式液压四足机器人控制系统及控制方法。

背景技术

腿足式机器人的研究源于动物们的运动方式与车轮、履带等运动方式不同，它们可以通过腿足在几乎所有的陆地类型上运动，而不需要道路、铁轨等辅助设施。随着美国波士顿动力工程公司（Boston Dynamics）的BigDog机器人的诞生，人们看到了大负重、高动态的人造腿足式机器人平台在复杂、崎岖地形中的优势。随之先后诞生了美国波士顿动力工程公司（Boston Dynamics）的LS3、意大利技术学院（Italian Institute of Technology）的HyQ、山东大学的SCalf机器人等一系列大型液压驱动的高动态仿生四足机器人。

这些机器人的共同特点是具有12～16液压驱动的主动关节、较大功率的动力（一般都在10千瓦以上）、体积大、有一定的负重能力（100公斤左右）、行走速度（1～5m/s）、具有较强的地形适应能力已经自主调节能力。

由于以上这些特点，大型高动态液压仿生四足机器人的控制系统需要同时具备环境感知、智能控制策略、动态调整控制、动力控制以及关节运动控制等部分组成。机器人本体上近百个传感、执行器分散在了各个位置。在动态调整时，整个控制系统还需要具备相当高的实时性。在本体小尺度上继承了一个大功率动力源，所带来的干扰也是控制系统面临的关键问题。

大型液压四足机器人控制系统需具备以下特点：分散控制，集中管理，具有很高的实时性，适合混合动力系统的抗干扰策略。

中国专利文献CN102637036公开了“一种复合式仿生四足机器人控制器”，它以ARM9微处理器作为智能决策处理器，以FPGA作为步态生成器，以多个DSP芯片作为执行控制器来控制四足机器人各条腿上多个电机的运动。

中国专利文献CN102785250公开了“一种四足机器人运动控制器”，该控制器同样以ARM芯片作为主控制器，由DSP芯片作为从控制器来控制四足机器人各关节电机的运动。

以上两个发明都以四足机器人为控制对象，且其控制目标都为直流电机，由于其控制对象以及控制方式的不同决定了其很难向液压驱动的双足、四足或多足机器人上移植，而以上的发明内容中，机器人系统还相当不完善，并未有针对混合动力、高动态、高负载系统的应对策略以及能源控制等问题，因此无法应用到以上提到的大规模液压四足机器人中。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明具体公开了一种分布式液压四足机器人控制系统，该系统使用的基于CAN总线的分布式结构，分为大脑系统、小脑系统、伺服控制的腿部控制器、能源动力控制器，人机交互系统以及通信系统六大部分，该系统为适合高性能、大负载、汽油机驱动的液压四足机器人控制系统，该系统能够适应分布式液压四足机器人对控制系统的苛刻要求。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种分布式液压四足机器人控制系统，所述系统使用的是基于CAN总线的分布式结构，包括大脑系统，大脑系统通过与环境感知系统、导航信息系统、语音交互系统相连获取数据，大脑系统将获取的数据传递给小脑系统，小脑系统通过第一CAN总线控制腿部控制系统，小脑系统还通过第二CAN总线与能源动力控制系统及人际交互面板通信。

所述大脑系统包括中央处理单元PCM-9562，中央处理单元PCM-9562通过RS232采集导航信息系统的数据，

中央处理单元PCM-9562通过语音输入、语音输出的方式与语音交互系统相连，

中央处理单元PCM-9562通过PC104与采集卡相连，采集卡获得双目相机的视频数据信息，

中央处理单元PCM-9562通过LAN与二维激光扫描仪相连，中央处理单元PCM-9562还根据获取到的二维激光扫描仪的信息控制二自由度云台。

所述环境感知系统包括双目立体相机、带二自由度云台的二维激光扫描仪。

所述小脑系统包括中央处理单元PCM-3362，中央处理单元PCM-3362通过PC104与CAN卡通信，CAN卡与第一CAN总线及第二CAN总线相连，中央处理单元PCM-3362通过RS232与垂直陀螺仪相连，中央处理单元PCM-3362还通过RS232与点对点无线通讯模块通信。

所述小脑系统还通过第二CAN总线与总线扩展接口相连，小脑系统通过RS232与姿态检测单元相连。

所述腿部控制系统包括第一腿部控制系统、第二腿部控制系统、第三腿部控制系统和第四腿部控制系统。