仿人机器人的分布式控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种仿人机器人的分布式控制系统，该分布式控制系统包括传感器组件、主控制器、二级控制器以及动力单元，传感器组件包括至少一个传感器，所述传感器用于获取环境参数；主控制器根据所述环境参数计算获取所述仿人机器人的动作控制指令；所述二级控制器至少有一个，所述二级控制器解析所述动作控制指令以获取各动力单元的运行参数；动力单元按照所述运行参数运转。本实用新型提供仿人机器人的分布式控制系统，主控制器统筹仿人机器人的任务控制指令，由多个二级控制器对任务控制指令进行解析，最终实现机器人的运动控制，如此将主控制器的计算任务部分下发至二级、三级控制器，从而减轻主控制器的任务量。
【专利说明】
仿人机器人的分布式控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及机器人技术，具体涉及一种仿人机器人的分布式控制系统。
【背景技术】
[0002]仿人机器人指的是模仿人的形态和行为而设计制造的机器人，仿人机器人的四肢均可活动，而对于具体的手部和腿部，又至少具有三个活动部，手部的肩关节、肘关节和腕关节，腿部的髋关节、膝关节以及踝关节。在仿人机器人的控制方面，其包括一个主控制器，主控制器同时控制各活动部的电机控制器。
[0003]现有技术的不足之处在于，主控制器控制所有的电机控制器，如此导致的问题一方面是主控制器的连接端口众多，另一方面主控制器需要计算所有电机的控制指令，使得主控制器的计算任务过于庞大。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种仿人机器人的分布式控制系统，以解决现有技术中主控制器的计算任务庞大的问题。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0006]—种仿人机器人的分布式控制系统，其特征在于，包括:
[0007]传感器组件，包括至少一个传感器，所述传感器用于获取环境参数；
[0008]主控制器，根据所述环境参数计算获取所述仿人机器人的动作控制指令；
[0009]二级控制器，所述二级控制器至少有一个，所述二级控制器解析所述动作控制指令以获取各动力单元的运行参数。
[0010]动力单元，按照所述运行参数运转。
[0011]上述的分布式控制系统，所述传感器组件包括摄像头、扬声器、麦克风、红外传感器、定位组件、触碰传感器、光亮传感器、超声波传感器、温湿度传感器以及PM2.5传感器中的一种或多种。
[0012]上述的分布式控制系统，所述二级控制器上还连接有陀螺仪、加速度计以及磁罗盘中的一种或多种，所述二级控制器固定于所述仿人机器人上被其控制的运动部件上。
[0013]上述的分布式控制系统，还包括力矩传感器，其与所述二级控制器电连接，其用于检测所述动力单元的扭转力矩。
[0014]上述的分布式控制系统，所述动力单元包括电机驱动器、电机、编码器和电机转动位置传感器；
[0015]所述主控制器还包括无线模块，所述无线模块用于与云平台进行双向通讯。
[0016]—种仿人机器人的分布式控制方法，包括以下步骤:
[0017]获取仿人机器人所处的环境参数；
[0018]主控制器根据所述环境参数计算获取所述仿人机器人的动作控制指令；
[0019]二级控制器解析所述动作控制指令以获取各动力单元的运行参数；
[0020]动力单元按照所述运行参数运转。
[0021]上述步骤中，所述环境参数包括红外参数、定位参数、图像参数、声音参数、光亮参数、温湿度参数中的一种或者多种。
[0022]上述的分布式控制方法，所述二级控制器解析所述动作控制指令以获取各动力单元的运行参数的步骤进一步包括:
[0023]获取被二级控制器控制的运动部件的姿态参数；
[0024]二级控制器解析所述动作控制指令以获取所述仿人机器人的各关节的旋转位置参数；
[0025]上述步骤中，所述姿态参数包括所述运动部件的三维加速度参数、角速度参数以及三维位置参数中的一种或者多种。
[0026]上述的分布式控制方法，所述二级控制器解析所述动作控制指令以获取各动力单元的运行参数的步骤进一步包括:
[0027]获取所述所述仿人机器人的双腿的扭转力矩；
[0028]将所述扭转力矩转换为三维方向的力和力矩；
[0029]二级控制器解析所述动作控制指令并根据所述力和力矩计算获取各动力单元的运行参数，并根据所述力和力矩判断机器人的平衡状态。若所述仿人机器人处于不平衡状态，二级控制器调节所述仿人机器人至平衡状态；
[°03°]动力单元按照所述运行参数运转。
[0031]上述的分布式控制方法，所述获取仿人机器人所处的环境参数的步骤中，若所述环境参数有两个以上，对所述环境参数进行融合。
[0032]上述的分布式控制方法，所述主控制器根据所述环境参数计算获取所述仿人机器人的动作控制指令的步骤中:
[0033]将所述环境参数与历史环境参数进行对比，若对比结果为相同，则输出历史动作控制指令;若对比结果为不同，则计算获取所述仿人机器人的动作控制指令。
[0034]在上述技术方案中，本实用新型提供仿人机器人的分布式控制系统，主控制器统筹仿人机器人的动作控制指令，但是由多个二级控制器对动作控制指令进行解析并完成动力单元的最终控制，如此将主控制器的计算任务部分下发至二级控制器，从而减轻主控制器的任务量。
[0035]由于上述分布式控制系统具有上述技术效果，该分布式控制系统的使用方法也应具有相应的技术效果。
【附图说明】
[0036]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为本实用新型一个实施例提供的分布式控制系统的结构框图；
[0038]图2为本实用新型另一个实施例提供的分布式控制系统的结构框图；
[0039]图3为本实用新型一个实施例提供的分布式控制方法的流程图；
[0040]图4为本实用新型另一个实施例提供的分布式控制方法的流程图；[0041 ]图5为本实用新型动力单元的结构框图。
[0042]附图标记说明:
[0043]1、传感器组件；2、主控制器;3、二级控制器;4、电机控制器;5、电机;6、陀螺仪;7、力矩传感器。
【具体实施方式】
[0044]为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍。
[0045]如图1-2所示，本实用新型实施例提供的一种仿人机器人的分布式控制系统，包括传感器组件1、主控制器2、二级控制器3以及动力单元，传感器组件I包括至少一个传感器，传感器用于获取环境参数;主控制器2根据环境参数计算获取仿人机器人的动作控制指令；二级控制器3至少有一个，二级控制器3解析动作控制指令以获取各动力单元的运行参数；动力单元包括第三级电机驱动器、电机、编码器和电机转动位置传感器。
[0046]具体的，传感器组件I用于获取仿人机器人所处空间的环境参数以及机器人本身的相应的环境参数，传感器组件I包括摄像头、扬声器、麦克风、红外传感器、定位组件、触碰传感器、光亮传感器、超声波传感器、温湿度传感器以及PM2.5传感器中的一种或多种，相应的，环境参数为各传感器测取的参数，如视频信息、音频信息、红外信息、定位信息等等，传感器组件I可参见现有技术中机器人的各类传感器。主控制器2为仿人机器人的中央处理器，其通过传感器组件I获取环境参数，并根据环境参数和目标任务计算获取仿人机器人的动作控制指令，如机器人的目标为从A点前往B点，若通过传感器组件I获取到A点和B点之间没有任何障碍，则主控制器2发出动作控制指令，命令机器人沿着A点和B点之间的直线前行;若通过传感器组件I获取到A点和B点之间具有一堵墙，则主控制器2发出动作控制指令，命令机器人先左转或者右转，绕过该墙后，再右转或者左转绕回B点。主控制器还可以通过自带的无线模块，实现机器人与远程云平台的双向通信，如实现远程传输视频、远程控制、分配部分计算任务到云平台上等;二级控制器3用于控制机器人某几个具体的动力单元，如仿人机器人双腿上的各动力单元由一个二级控制器3控制，而双手的各动力单元则由另一二级控制器3控制，其一方面接收主控制器2的动作控制指令，另一方面将动作控制指令转化为动力单元的具体运行参数，如上述主控制器2沿着A点和B点之间的直线前行的运动指令，二级控制器3将该指令解析为，双手双脚的各动力单元各需活动多大幅度，如当动力单元为电机5所在运动单元时，电机5需要在多长时间内按照何规律转动。
[0047]本实施例中，主控制器2接收传感器组件I的环境参数，并根据环境参数给出仿人机器人整体的任务控制指令，而对于仿人机器人具体的动力单元的运行参数，则由二级控制器3解析运动控制指令予以完成，而且主控制器2和二级控制器3由于主要进行的运算类型不同，两者在配置上也可选择具有相应运算优势的芯片，如此不仅降低了主控制器2的运算量，也使得控制器的针对性更强，整体运算效率大幅提高。第三级电机驱动控制器，负责具体执行二级控制器发送的控制指令，使电机在电流环、速度环和位置环上做出准确响应。
[0048]本实施例提供仿人机器人的分布式控制系统，主控制器2统筹仿人机器人的动作控制指令，但是由多个二级控制器3对动作控制指令进行解析并完成动力单元的最终控制，如此将主控制器2的计算任务部分下发至二级控制器3，从而减轻主控制器2的任务量。
[0049]本实施例中，进一步的，二级控制器3上还自带陀螺仪6、加速度计以及磁罗盘中的一种或多种，二级控制器3固定于仿人机器人上被其控制的运动部件上，陀螺仪6、加速度计以及磁罗盘用于获取具体运动部件的运动形态，如腰部、躯干等等，陀螺仪6、加速度计以及磁罗盘结合起来可获取相应运动部件的倾角值、加速度参数、角速度参数以及三维位置参数等等姿态参数，二级控制器3在计算各动力单元的运行参数时将陀螺仪6、加速度计以及磁罗盘测算的姿态参数作为初始参数，由于姿态参数为实时测取的参数，以实时参数为初始参数能够获取到更为准确的行动结果。
[0050]本实施例中，进一步的，还包括力矩传感器7，其与二级控制器3电连接，其用于检测仿人机器人双腿的三维压力、三维扭转力矩，力矩传感器7可为六维力力矩传感器7，即其测算x、y、z三个方向的力和力矩，如此一方面实时监测各动力单元的受力状况，另一方面为各类参数的计算提供更为精确的数值依据。
[0051]如图3-4所示，本实用新型实施例还提供一种仿人机器人的分布式控制方法，包括以下步骤:
[0052]101、获取仿人机器人所处的环境参数。
[0053]具体的，环境参数包括红外参数、定位参数、图像参数、声音参数、光亮参数、温湿度参数中的一种或者多种，通过各类传感器或者接口获取所处空间的环境参数，如摄像头检测图像参数，或者从网络接口接收其它模块发送来的相应环境参数。
[0054]102、主控制器根据环境参数计算获取仿人机器人的动作控制指令。
[0055]具体的，主控制器主要具有三个作用，一为接收环境参数，二为根据环境参数计算获取仿人机器人的任务控制指令，任务控制指令用于控制仿人机器人的运动方向、语音等；三为通过自带的无线模块实现与远程终端、云平台的双向通信。
[0056]103、二级控制器解析动作控制指令以获取各动力单元的运行参数。
[0057]具体的，二级控制器一方面接收主控制器的运动控制指令，另一方面解析动作控制指令，并发送给各运动单元。
[0058]104、第三级电机驱动器具体控制各电机的运行状态。
[0059]具体的，电机驱动器接收二级控制器发来的机器人各个关节旋转位置控制指令，读取电机运转的电流信号、编码器采集的电机速度信号和电机位置传感器检测到的电机转动位置信号，使电机运转电流、速度和位置达到预定状态，从而实现机器人关节的精准运动。
[0060]本实施例中，步骤103进一步包括:
[0061 ]获取被二级控制器控制的运动部件的姿态参数。
[0062]具体的，通过相应的传感器如陀螺仪、加速度计以及磁罗盘获取运动部件的具体姿态数值，如倾角角度、加速度参数、角速度参数以及三维位置参数等等。
[0063]二级控制器解析动作控制指令由于姿态参数为实时测取的参数，以实时参数为初始参数能够获取到更为准确的行动结果。
[0064]本实施例中，更进一步的，姿态参数包括运动部件的三维加速度参数、角速度参数以及三维位置参数中的一种或者多种。
[0065]本实施例中，进一步的，步骤103进一步包括:
[0066]获取仿人机器人双腿的三维压力和三维力矩；即其测算x、y、z三个方向的力和力矩。
[0067]二级控制器解析动作控制指令并根据力和力矩、机器人姿态信息计算获取各动力单元的运行参数。如此一方面实时监测各动力单元的受力状况，另一方面为各类参数的计算提供更为精确的数值依据。
[0068]本实施例中，优选的，步骤101中，若环境参数有两个以上，对环境参数进行融合，由于传感器自身存在一定误差，导致传感器输出信号不准确。通过数据融合方法，如卡尔曼滤波、四元素法等，对多种传感器数据输出进行融合，把融合后的数据作为传感器检测修正值。
[0069]本实施例中，步骤102中，优选的，
[0070]104、将环境参数与历史环境参数进行对比，即在以往历史运行中，仿人机器人将环境参数和动作控制指令均予以存储。
[0071]105、若对比结果为相同，则输出历史动作控制指令;此时说明仿人机器人在重复历史场景，如此免除主控制器的计算过程，直接调用历史的动作控制指令予以输出。对于仿人机器人而言，大部分场景为相同场景，大部分动作为重复一致的动作，如此设置对于仿人机器人的单一重复动作，节省主控制器的计算量。
[0072]此时对比结果不同，则执行上述的步骤103。
[0073]由于上述分布式控制系统具有上述技术效果，该分布式控制系统的使用方法也应具有相应的技术效果。
[0074]以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。
【主权项】
1.一种仿人机器人的分布式控制系统，其特征在于，包括: 传感器组件，包括至少一个传感器，所述传感器用于获取环境参数； 主控制器，根据所述环境参数计算获取所述仿人机器人的动作控制指令； 二级控制器，所述二级控制器至少有一个，所述二级控制器解析所述动作控制指令以获取各动力单元的运行参数； 动力单元，按照所述运行参数运转。2.根据权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，所述传感器组件包括摄像头、扬声器、麦克风、红外传感器、定位组件、触碰传感器、光亮传感器、超声波传感器、温湿度传感器以及PM2.5传感器中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，所述二级控制器上还连接有陀螺仪、加速度计以及磁罗盘中的一种或多种，所述二级控制器固定于所述仿人机器人上被其控制的运动部件上。4.根据权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，还包括力矩传感器，其与所述二级控制器电连接，其用于检测所述动力单元的扭转力矩。5.根据权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，所述动力单元包括电机驱动器、电机、编码器和电机转动位置传感器； 所述主控制器还包括无线模块，所述无线模块用于与云平台进行双向通讯。
【文档编号】B25J9/16GK205651353SQ201620268984
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年3月31日 公开号201620268984.6, CN 201620268984, CN 205651353 U, CN 205651353U, CN-U-205651353, CN201620268984, CN201620268984.6, CN205651353 U, CN205651353U
【发明人】张锐
【申请人】张锐