[发明专利]一种双足行走机器人的控制系统

说明书

本发明公开的一种双足行走机器人的控制系统，结构上采用上、下位机分布式控制结构，包括上位机的决策主控制器和下位机的左腿各关节控制器、右腿各关节控制器，决策主控制器用来处理图像传感器采集的图像信息，以及左足足底传感器、左足足底传感器采集的机器人当前运动情况，并通过CAN总线的CAN总线控制器向下位机的左腿各关节控制器、右腿各关节控制器发送控制命令；左腿各关节控制器、右腿各关节控制器控制各关节电机执行运动指令，并接收电机编码器和关节角度传感器反馈的信息，根据反馈信息采用模糊自适应PID控制方法实现对电机的精确控制，使机器人能够实时根据地面情况，精确地进行行走。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种双足行走机器人的控制系统。

背景技术

距1962年世界第一个机器人的出现，机器人已走过五十多年的发展历史。五十多年来，机器人由工业机器人发展到智能机器人，成功成为了21世纪的高新技术之一，其研究范围广，涉及学科多，主要涵盖机械、电子、生物、传感器、驱动与控制等多个领域。然而双足行走机器人的研究具有重要的科学意义和应用前景，双足行走的步行单元部分本身具有非常丰富的动力学和运动学特性,它具有灵活的行走机构，可以随时走到需要的地方，包括一些普通人不易到达的地方，完成人指定或预先设置的工作。与工业机器人相比，其优越性体现在广阔的活动空间和工作空间。双足行走是生物界难度最大的步行动作，但其步行性能却是其它步行结构所无法比拟的。人类步行运动与其他机构运动相比具有优越的移动性能和环境适应能力。但目前双足行走机器人的控制系统结构复杂，成本高，难以满足双足行走机器人的行走要求，使其很难大范围、大规模的市场化推广。因此，需要一种技术方案解决上述问题。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种双足行走机器人的控制系统，其结构简单，能对双足机器人的行走进行有效控制，适应范围广，成本低，安全可靠。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种双足行走机器人的控制系统，其本体结构件由铝钛合金构成，不仅可以减轻重量，而且具备较高的强度和刚度。所述双足行走机器人一共具有21个自由度，其中：下肢两腿部自由度26共有12个自由度，每条腿有六个自由度，包括用于前摆和侧摆的踝关节两个自由度，用于前摆的膝关节一个自由度，和用于前摆、侧摆和旋转髋关节三个自由度；腰关节一个自由度，是旋转自由度；双臂共有六个自由度，每条手臂包括肩部前向和侧向各一个自由度，肘部转动一个自由度；头部有2个自由度，为俯仰和旋转自由度；并且每个自由度均对应一个关节电机。

本发明的控制系统结构上采用上、下位机分布式控制结构，包括上位机的决策主控制器和下位机的左腿各关节控制器、右腿各关节控制器；所述决策主控制器用来处理图像传感器采集的图像信息，以及左足足底传感器、左足足底传感器采集的机器人当前运动情况，运算处理后得到机器人下一步应该采取的行动，并通过CAN总线的CAN总线控制器向下位机的左腿各关节控制器、右腿各关节控制器发送控制命令；所述左腿各关节控制器、右腿各关节控制器管理机器人的双腿各种运动功能，直接影响机器人的运动性能，其功能包括步态存储、在线姿态调整、关节电机控制，以及除图像外的所有反馈。

所述本发明的控制系统连接关系：

所述决策主控制器分别与CAN总线控制器、图像传感器电性连接，所述CAN总线控制器分别与左腿各关节控制器、左足反馈调理电路、右腿各关节控制器、右足反馈调理电路电性连接；

所述左腿各关节控制器分别与左腿各关节接口电路、左腿步态存储器电性连接，所述左腿各关节接口电路与左腿各关节驱动电路、左腿各关节电机、左腿各关节、左腿光电编码器、左腿各关节接口电路顺次电性连接，所述左腿各关节电机与左腿光电编码器电性连接，左腿各关节角度传感器与左腿反馈调理电路、左腿各关节顺次电性连接，左足足底传感器与左足反馈调理电路电性连接；