[发明专利]一种基于局域网的模块化机器人控制系统

说明书

技术领域

本发明属于自动控制和机器人领域，具体涉及一种可在基于ROS(Robot Operating System，机器人操作系统)计算机上使用的模块化机器人控制系统。

背景技术

机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合机电系统，能自动或半自动执行任务。目前机器人的功能需求不断扩大，单一的控制器控制整个机器人的运行变得越加困难，多个模块协同化控制机器人能大大提高机器人的控制性能。目前大部分的控制系统的无线网络模块着重于多机器人控制而非单个机器人的各个功能之间的使用，所涉及使用的ROS系统，较多的是无线网络通信，控制多机器人运动。现有大部分单机器人模块化的控制系统一般建立在一种有线的总线通信形式上，例如CAN总线，导致模块只能安装在机器人本体上；其次，如果想要对机器人远程控制，各个模块数据必须通过一个无线模块，并且将各个模块数据统一发送，大大降低了各个模块数据的使用效率和实时性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于局域网的模块化机器人控制系统，实现将任意数量的基于ROS操作系统的控制器通过有线或者无线局域网方式建立成一种整体的机器人控制系统，在该系统下，还可以形成多种局域网结构的模块化控制。本发明可用于轮式机器人、足式机器人等常见多功能机器人。

本发明所述基于局域网的模块化机器人控制系统包括主控模块、扩展功能模块、局域网和远程控制模块。在机器人本体上安装有路由器，建立其局域网，实现局域网内数据的传输。主控模块、各扩展功能模块以及远程控制模块通过局域网进行数据传输。

主控模块安装于机器人本体，通过有线网线的方式和路由器相连。安装在机器人本体上的扩展功能模块，通过有线网线的方式和路由器相连。不安装在机器人本体上的扩展功能模块，通过无线网络连接到局域网内。远程控制模块过无线网络连接到局域网。

所述远程控制模块通过局域网发送主控指令给主控模块，发送控制指令给扩展功能模块；所述扩展功能模块解析控制指令并进行相应的扩展功能运算，产生实时的主控指令发送给主控模块，或产生实时的控制指令发送给其他扩展功能模块；所述主控模块解析主控指令，将当前无法执行的指令舍弃并且返回错误代码，将可执行主控指令的内容划分相应的指令优先级，在同时收到不同可执行的主控指令下，只执行优先级最高的指令，从而舍弃其他指令。

相对于现有技术，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明基于局域网的思想，改变了较为简单地机器人系统，适合现有复杂功能的机器人系统。基于局域网的基本构架下，可以任意改变机器人的功能模块和传感器模块，而不破坏原有的机器人系统，大大提高了系统的通用性和模块可替换性。

(2)本发明基于局域网的思想，在各个模块使用了有线网络的连接方式，大大提高了各个模块之间的通信效率和稳定性。由于使用的路由器，保证了远程控制端无线网络的稳定性和较为远距离通信的能力。

(3)本发明基于局域网的思想，可以根据机器人作业的需求建立不同的模块之间的结构构架，适用于更多种类的机器人，对多功能机器人的各个模块之间可以更好地协调作业。

(4)本发明所使用的底层都是现有的开源的ROS系统，移植性好。

(5)对于不同的机器人，只要其系统按照本发明所述框架去设计，即使具体实现不同，只需创建相应的配置，即可采用同一客户端去控制，因此本发明为实现机器人控制系统提供了一种解决方案。

附图说明

图1是本发明基于局域网的模块化机器人控制系统的硬件连接的一个实例图；

图2是本发明基于局域网的模块化机器人控制系统的软件功能模块通信示意图；

图3是本发明实施例所提供的各模块的控制流程示意图；

图4是本发明实施例所提供的各模块的分层主从结构示意图；

图5是本发明实施例所提供的各模块的星型结构示意图；

图6是本发明实施例所提供的各模块的复合分层结构示意图；

图7是本发明所实施例提供的具体应用在六足机器人的主程序框架示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明技术方案的实现。