[实用新型]多CPU网络化机器人控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种机器人控制器，尤其是一种多CPU组合满足机器人运行环境复杂要求的多CPU网络化机器人控制器。

背景技术

控制器作为机器人系统的核心控制单元，直接决定着机器人的性能；同时，随着机器人技术的日趋成熟，机器人技术在工业、服务业中的应用也日益复杂，这对机器人控制器的通用性、兼容性、复杂程度以及模块化程序提出了更高的要求。

机器人控制器除具备基本的运动控制外，还需借助外部传感系统感知机器人周围的环境信息，使其能适应复杂环境的变化，具有一定的智能性、自适应性。

网络、总线作为机器人控制器与外部控制器的主要通讯手段，为适应当前网络技术、总线技术的发展，新一代的控制器应具备有灵活、标准、开放的多种网络通讯功能。

生产任务、生产环境的日趋复杂，对机器人技术的柔性和通用性提出了更高的要求，因此，机器人控制器还应具备很好的扩展性和可重构性，以满足复杂工艺的要求。

工业应用中，机器人周围环境噪音大，电磁干扰严重，因此机器人控制器还应具备各种抗干扰能力。系统异常时，还应具备数据保存功能。

现有的控制器由一个CPU完成所有功能，其功能（处理能力、对环境感知能力、决策能力）、性能（实时性、可靠性、稳定性）受到了很大的限制，而且对CPU要求较高，因此仅能完成机器人的基本运动控制和一些简单的数字量、模拟量信号检测，不能满足当前机器人运行环境、应用复杂的要求。

发明内容

本实用新型解决了现有的控制器由一个CPU完成所有功能，其功能和性能受到了很大的限制的缺陷，提供一种多CPU网络化机器人控制器，通过不同层级的CPU，多个同一层级CPU组合实现机器人控制，功能和性能得到大的改善和提高。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多CPU网络化机器人控制器，包括控制机器人的规划CPU，及与规划CPU相配套并进行数据传输的多个控制CPU， 每个控制CPU连接数据存取单元、信息采集单元、控制单元和网络通讯单元。信息采集单元采集了各种传感信息，采集外部环境或者被测对象的某些特征，比如：图像、语音、网络和运动信息，信息采集后传输到控制CPU，将机器人的运动状态信息存储到数据存取单元中，规划CPU融合多个控制CPU中采集的数据信息结合数据存取单元中机器人的数据，从而做出各种相应的决策，控制机器人并向多控制CPU发送控制信号给控制单元，规划CPU为最高级CPU，控制CPU为次一级CPU，不同层级的CPU组合后对机器人进行控制，功能和性能得到大的改善和提高。

作为优选，规划CPU采用数字信号处理芯片，数字信号处理芯片连接决策单元并进行数据交换，决策单元连接信息融合单元并进行数据交换，数字信号处理芯片连接有数据存取单元、系统配置单元、电源单元和复位晶振电路。信息融合单元接收信息采集单元的信息，将信息传输给决策单元，决策单元根据这些信息对机器人状态进行跟踪，同时对机器人进行规划，使机器人以期望路径、目标位置运动，并将决策信息输出至控制CPU，控制相应的信息采集单元执行信息采集任务，系统配置单元主要配置控制单元的网络、总线通讯及传感器信息。

作为优选，信息融合单元通过网络总线单元和信息采集单元相连并接收信息采集单元的信息，信息融合单元包括图像数据接收模块、语音数据接收模块、网络数据接收模块和运动数据接收模块。信息融合单元通过各接收模块接收信息采集单元采集的各种信息，然后进行融合，这种融合使用信息融合手段，比如嵌入约束法、证据组合法、人工神经网络法等。

作为优选，控制CPU包括数字信号处理芯片，数字信号处理芯片通过网络总线单元接收规划CPU的数据信号，数字信号处理芯片连接信息预处理单元，信息预处理单元连接信息采集单元，数字信号处理芯片和数据存取单元相连，数字信号处理芯片连接有系统配置单元、电源单元和复位晶振电路。信息预处理单元将输入的采集信息进行滤波、去噪预处理，并将提取的有效信息发送至网络、总线单元。

作为优选，控制CPU的数字信息处理芯片通过数据总线和地址总线与可编程逻辑器件相连，数字信号处理芯片通过A/D转换电路与信息采集单元相连。

作为优选，电源单元包括24V电压输入接口及依次连接的12V电压转换芯片、5V电压转换芯片和3.3V电压转换芯片，12V电压转换芯片还连接有-5V电压转换芯片，-5V电压转换芯片和5V电压转换芯片并行。

作为优选，网络通讯单元包括并行的CAN驱动芯片、以太网控制芯片和串口通讯芯片，CAN驱动芯片、以太网控制芯片和串口通讯芯片的前和后均连接光电隔离芯片，光电隔离芯片。