专利名称：水陆两栖全地形移动机器人控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种水陆两栖全地形移动机器人控制系统。
背景技术：
在重大自然灾害发生后，于最短的时间内(少于48小时)在废墟中搜寻幸存者，给予必要的医疗救助，并尽快救出被困者是灾后救援工作的紧迫任务。地震-海嘯、洪水等重大自然灾害肆掠过后的灾害现场环境极其恶劣，一方面由于建筑物倒塌、公路扭曲变形等原因，在陆地上形成了复杂的障碍地形，另一方面，由于海水倒灌，形成大量的泥泞、稀软两栖地形；另外，未完全退去的洪水等形成大片的水下环境。要在如此恶劣的环境中进行搜救，机器人必须具有两栖环境下的全地形机动能力。水陆两栖全地形移动机器人采用一套运动机构即能实现丰富的运动形式，能够在包括水下、沙地、泥泞和岩石陆地等复杂的两栖地形中自主运动。因此，它能够在自然灾害发生后的恶劣环境中进行搜救。机器人丰富的运动步态是两栖全地形机动能力实现的基础。其中，每一种运动步态都有其适应的地形和越障极限，当超过该极限时，单一步态则无法克服障碍而失去机动性。因此，机器人必须通过控制来实现基于障碍交互的混合步态，从而突破单步态的限制，获得更大的范围的机动性。为此，本发明专利提出了一种水陆两栖全地形移动机器人控制系统，用于具有多运动步态的水陆两栖机器人混合步态的实现。
发明内容
本发明的目的在于克服已有两栖机器人控制系统的不足之处，提供一种水陆两栖全地形移动机器人控制系统，通过环境-障碍交互及轮式、腿式、轮腿融合式和桨式运动步态转换机制的转换，实现两栖机器人连续、高效的全地形移动能力。为达到上述目的，本发明的技术思路为:
控制系统由上位机、主控制器、视觉系统、力觉系统和运动生成系统组成。主控制器通过以太网获得上位机操作指令，并通过PXI总线读取视觉系统、力觉系统采集得到的机器视觉信息和力觉信息。运行于主控制器之上的控制算法基于视觉和力觉信息对两栖机器人的工作环境进行识别，规划出与之相适应的运动步态，并据此计算出机器人的多模块运动轨迹，并通过PXI总线将模块运动轨迹信息传递给运动生成系统。为了保证机器人控制的实时性，主控制器中的控制算法均运行于实时操作系统平台之上；
视觉系统由图像采集卡和高性能摄像头组成，图像采集卡获取摄像头的图像信息并进行处理后将可用的机器视觉信息通过PXI总线传递给主控制器；
力觉系统由六维力传感器和力传感器数据采集卡组成，力传感器数据采集卡获取传感器的力和力矩信息后，通过PXI总线将其传递给主控制器；
运动生成系统包括CAN总线控制器、浮力控制器和多个单模块控制单元；CAN控制器通过PXI总线获取各单模块的运动以及浮力指令，然后通过CAN总线将指令分发给目标控制器；其中，浮力系统控制器根据收到的浮力产生两栖机器人所需的浮力；单模块控制单元包括三个运动控制器和三个电机，运动控制器根据CAN总线发送的运动指令闭环控制对应电机的输入电压及电流，使之产生预定的运动及力矩。根据上述思路，本发明采取如下技术方案:
水陆两栖全地形移动机器人控制系统，包括上位机、主控制器、视觉系统、力觉系统和运动生成系统。其特征在于:所述上位机的以太网接口与主控制器的以太网接口以网线连接。主控制器的PXI总线接口分别与视觉系统的PXI总线接口、力觉系统的PXI总线接口、运动生成系统的PXI总线接口以PXI总线连接。所述的视觉系统安装于两栖机器人机身的前部，力觉系统安装于两栖机器人机身与行走机构的连接处，运动生成系统中的浮力控制器固结于两栖机器人机身的上平面中，运动生成系统中的电机分别安装于两栖机器人行走机构的外轮、太阳齿轮、中心齿轮的驱动轴上。上位机将用户指令写入主控制器，主控制器根据视觉系统和力觉系统采集的机器人外界运行环境信息控制运动生成系统执行用户指令。所述的上位机采用通用工控机；上述主控制器采用NI PX1-8108实时嵌入式控制器；上述视觉系统是一个图像采集卡连接一个高性能摄像头；所述力觉系统是一个力传感器数据采集卡连接一个六维力传感器。所述的图像采集卡采用NI PXIe-1435接收器；高性能摄像头采用NI 1774智能摄像头；上述的力传感器采集卡采用NI PX1-6123多通道模拟采集卡；上述的力传感器采用ATI DELTA (S1-330-30)六维力传感器。所述的运动生成系统包括一个CAN总线控制器、所述浮力控制器和多个单模块控制单元。所述CAN总线控制器采用NI PXI 8531CAN总线接口卡。CAN总线控制器的PXI总线接口连接于PXI总线上。CAN总线控制器的CAN_H、CAN_L输出端与浮力控制器和单模块控制单元的CAN_H、CAN_L输出端以双绞电缆连接；
所述浮力控制器由一个浮力控制微处理器、一个微型气泵、一个电磁阀、一个密封气缸和一个气囊组成。所述微型气泵和电磁阀固结于密封气缸内部。微型气泵的气体输出端通过软橡胶气管与气囊的通气口一连接，微型气泵的气体输入端悬空。电磁阀的通气阀口通过软橡胶气管与气囊的通气口 二连接。微型气泵和电磁阀的电气输入接口与浮力控制微处理器电连接。上述浮力控制微处理器采用STM32型ARM微处理器，微型气泵采用DSA-1-24型直流微型气泵，电磁阀采用VDM IOBA型电磁阀。所述单模块控制单元包括外轮运动控制模块、中心轮运动控制模块和太阳轮运动控制模块。外轮运动控制模块、中心轮运动控制模块和太阳轮运动控制模块的硬件结构完全相同，由运动控制器和电机组成。所述运动控制器由微控制器、全桥驱动电路、霍尔电流传感器和光电编码器组成。霍尔电流传感器的两个输入端串接于电机的两个输入端，光电编码器的输出轴与电机输出轴固结。微处理器的模数转换器的输入端与霍尔电流传感器的输出端连接。微处理器的计数器的输入端与光电编码器的输出端连接。微处理器中的PWM发生器的输出端与全桥驱动电路的输入端连接。所述微处理器采用STM32型ARM微处理器；所述全桥驱动电路采用LMS18200驱动-H-* I I
心/T ο本发明与现有技术相比较，显而易见的突出实质性特点和显著技术进步:
(1)本发明所提出的两栖机器人控制系统采用了基于机器视觉和力觉的障碍交互方式，从而使两栖机器人能自主分辨所处介质环境及地形；
(2)当两栖机器人分辨出介质环境及地形后，主控制器能够规划出适合所处环境的混合运动步态，来突破单步态的限制，从而获得更大范围的机动性；
(3)当两栖机器人在运行环境中光强不足时，主控制器通过力觉系统能够根据地形的接触力学特征重构出环境的力学图像，保证两栖机器人在光学摄像头失效的情况下实现高机动性的混合运动步态；
(4)本发明中的运动生成系统具有模块化特征，方便两栖机器人为了功能需求而增添运动模块数量；
(5)本发明可以用于水陆两栖机器人的控制，也可以用于其他运动系统的控制。
图1为本发明的一个实施例水陆两栖机器人结构不意 图2为一个实施例的两栖环境下全地形机动性示意 图3为水陆两栖全地形移动机器人控制系统的结构框 图4为水陆两栖全地形移动机器人控制程序流程 图5为浮力控制器的结构框 图6为浮力控制器的气路连接图 图7为运动控制器的结构框图。
具体实施例方式下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。实施例一:
参见图3，本水陆两栖全地形移动机器人控制系统，包括上位机3、主控制器4、视觉系统5、力觉系统6和运动生成系统7，其特征在于:所述上位机3的以太网接口与主控制器4的以太网接口以网线连接；所述主控制器4的PXI总线接口分别与视觉系统5的PXI总线接口、力觉系统6的PXI总线接口、运动生成系统7的PXI总线接口以PXI总线连接；所述视觉系统5安装于两栖机器人机身120的前部，所述力觉系统6安装于两栖机器人机身120与行走机构100的连接处，运动生成系统7中的浮力控制器71固结于两栖机器人机身120上平面中，所述运动生成系统7中的三个电机分别联接于两栖机器人行走机构100的外轮101、太阳齿轮1041和中心齿轮1042的驱动轴。实施例二:
参见图1-图7，本实施例与实施例一基本相同，特例之处是:所述上位机2采用通用工控机；所述主控制器4采用NI PX1-8108实时嵌入式控制器；所述视觉系统5是一个图像采集卡51连接一个高性能摄像头52 ;所述力觉系统6是一个力传感器数据采集卡61连接一个六维力传感器110。所述图像采集卡51采用NI PXIe-1435接收器；高性能摄像头52采用NI 1774智能摄像头；所述力传感器采集卡61采用NI PX1-6123多通道模拟采集卡；所述力传感器62采用ATI DELTA (S1-330-30)六维力传感器。所述运动生成系统7包括一个CAN总线控制器70、所述浮力控制器71和多个单模块控制单元72 ;所述CAN总线控制器70采用NI PXI 853ICAN总线接口卡，CAN总线控制器70的PXI总线接口连接于PXI总线上，CAN总线控制器70的CAN_H、CAN_L输出端与浮力控制器71和单模块控制单元72的CAN_H、CAN_L输出端以双绞电缆连接；
所述浮力控制器71由一个浮力控制微处理器711、一个微型气泵712、一个电磁阀713、一个密封气缸714和一个气囊715组成；所述微型气泵712和电磁阀713固结于密封气缸714内部，微型气泵712的气体输出端7121通过软橡胶气管与气囊715的通气口一 7151连接，微型气泵712的气体输入端7122悬空；电磁阀713的通气阀门7131通过软橡胶气管与气囊715的通气口二 7152连接；微型气泵712和电磁阀713的电气输入接口与浮力控制微处理器711电连接；
所述浮力控制微处理器711采用STM32型ARM微处理器，微型气泵712采用DSA-1-24型直流微型气泵，电磁阀713采用VDM IOBA型电磁阀。所述单模块控制单元72包括外轮运动控制模块721、中心轮运动控制模块722和太阳轮运动控制模块723。所述外轮运动控制模块721、中心轮运动控制模块722和太阳轮运动控制模块723的结构完全相同，由运动控制器和所述电机组成。所述运动控制器由微控制器80、全桥驱动电路81、霍尔电流传感器82和光电编码器83组成。霍尔电流传感器82的两个输入端串接于所述电机的两个输入端，全桥驱动电路81的两个输出端与所述电机的输入端连接,光电编码器83的输出轴与所述电机输出轴固结。所述微处理器80的一个模数转换器802的输入端与所述霍尔电流传感器82的输出端连接；所述微处理器80的一个计数器803的输入端与所述光电编码器83的输出端连接；所述微处理器80中的一个PWM发生器804的输出端与所述全桥驱动电路81的输入端连接。所述微处理器80采用STM32型ARM微处理器；所述全桥驱动电路81采用LMS18200驱动芯片。实施例三:水陆两栖全地形移动机器人采用同一套运动机构，通过控制能够实现轮式、腿式、轮腿融合式和桨式步态。其中，每种运动步态均具有适应的介质环境和地形。为了实现水陆两栖全地形机动能力，控制系统需要具有的功能有:(1)识别机器人所处的介质环境；(2)识别工作环境中的障碍物类型；(3)规划运动步态；(4)协调控制多个执行器，生成运动步态轨迹。根据上述功能需求，本发明的优选实例水陆两栖机器人机械结构如图5所示。两栖机器人的机械结构部分包括四个的行走机构模块100a、100b、100c、100d，四个六维力传感器110a、110b、110c、IlOd和机身120，如图1 (a)。四个行走机构100对称的分布在机身120的两侧，每个行走机构100通过六维力传感器110与机身120连接。行走机构模块100具体结构如图1(b),包括外轮101，四片桨叶102a、102b、102c、102d，四个铰链103a、103b、103c、103d，行星轮机构104，轴心圆板105和桨叶轴106。
四个铰链103均布于外轮101。四片桨叶102的一端铰接于桨叶轴106，另一端穿过对应的铰链103，与铰链103间形成平动副。外轮101由一个直流电机驱动进行旋转运动。行星轮机构104包括太阳齿轮1041、中心齿轮1042、行星齿轮1043和行星架1044。太阳齿轮1041和中心齿轮1042均由直流电机驱动进行旋转运动。行星齿轮1043由行星架1044的一端固定支撑，行星架的另一端与中心齿轮1042同轴。行星齿轮1043与太阳齿轮1041、中心齿轮1042处于常啮合状态。在太阳齿轮1041和中心齿轮1042定轴转动的带动下，行星齿轮1043可以绕中心轮1042的中心公转和绕自身中心自转。轴心圆板105与行星轮1043固结，但其直径大于行星轮1043。桨叶轴106固结于与轴心圆板105的偏心位置。桨叶轴106在外轮101平面内的定位可以通过行星轮1043的公转和自转组合实现。随着桨叶轴106在外轮101平面内的位置不同，行走机构可以实现多种运动步态。单个行走机构100模块中的包含三个独立驱动的电机:驱动外轮101转动的电机、驱动太阳齿轮1041转动的电机、驱动中心齿轮1042转动的电机。因此整个两栖机器人包括9个独立驱动的电机。水陆两栖全地形移动机器人控制系统通过协调控制两栖机器人中的9个电机能够实现适应不同环境和地形的多种运动步态。如图2所示。陆地中的步态包括轮式步态21和腿式步态22、浅滩环境下的适应步态为轮-腿融合步态23、在水中和水下的步态包括桨式步态24和轮-腿融合步态83、人工结构化环境中的步态包括轮式步态21和腿式步态22。在轮式步态21中，桨叶轴106由控制系统控制使其运动到外轮101的最高点，夕卜轮101与地面接触。通过控制系统驱动外轮101转动，驱动机器人在相对平整的路面移动。在腿式步态22中，桨102a在控制系统的控制下其末端与地面接触，实现类似足的功能。通过规划各足的动作，可以在复杂的崎岖地面稳定行走。在轮-腿融合步态23中，控制系统控制桨102a部分伸出外轮101，便可以利用外轮101的大接触面和足的大牵引力的特点，同时解决陷入和打滑两个问题，提高了在沙地和滩涂地形中的生存能力。在桨式步态24中，控制系统控制桨102a从外轮101中伸出并绕桨叶轴106周期性摆动，推动机器人在水中游动。当控制系统识别出机器人所处介质环境和地形后，将规划出与介质环境和地形相适应的运动步态，并生成各行走机构模块100中外轮101和太阳齿轮1041、中心齿轮1042的运动轨迹，从而实现两栖机器人多种运动步态组合而成的混合步态，获得两栖环境下的全地形机动能力。水陆两栖全地形移动机器人控制系统结构框图如图3所示，包括上位机3、主控制器4、视觉系统5、力觉系统6和运动生成系统7。上位机3的以太网接口与主控制器4的以太网接口以网线连接。上位机3为两栖机器人操作提供用户交互界面，数据分析存储以及与外界设备通信功能，并通过以太网与主控制器4通信，对主控制器4下达操作指令；
主控制器4的PXI总线接口分别与视觉系统5的PXI总线接口、力觉系统6的PXI总线接口、运动生成系统7的PXI总线接口以PXI总线连接。主控制器4通过以太网获得上位机3的操作指令，并通过PXI总线读取视觉系统5、力觉系统6采集得到的机器视觉信息和力觉信息。运行于主控制器4中的控制算法流程如图4所示。为了保证机器人控制的实时性，主控制器中的控制算法均运行于实时操作系统平台之上。每经过固定的定时循环时间后，主控制器中的控制流程即循环一次。I)首先从PXI总线上读取视觉系统3中的视觉信息和力觉系统4中的力觉信息；2)对视觉图像进行边缘检测和分割，从而提取障碍物的尺寸；3)然后通过力觉信息计算接触力觉图像，识别机器人所处介质环境和地形(包括水中环境、柔软地面、硬质地面陆地环境)；4)根据介质环境识别结果，进行运动规划，运动规划的判断流程为:
a)若机器人未处于陆地环境，主控制器4根据自重计算机器人的浮力系统指令，并进行桨式步态的运动规划；
b)若机器人处于陆地环境，则判断机器人是否运行于柔软地面:若处于柔软地面，则进行轮-腿融合步态的运动规划；若机器人并未运行于柔软地面，则判断障碍物尺寸是否超过阈值(事先设定)，若超过则进行腿式步态的运动规划；若没有超过则进行轮式步态的运动规划；
c)最后根据规划的步态信息计算机器人多模块的运动轨迹，并将运动轨迹和浮力系统指令通过PXI总线发送给运动生成系统7。视觉系统5安装于两栖机器人机身的前部。视觉系统5包括图像采集卡51和高性能摄像头52。高性能摄像头52安装在机身120的前部。当两栖机器人工作环境具有足够光强时，图像采集卡51获取摄像头52的图像信息并进行处理后将可用的机器视觉信息通过PXI总线传递给主控制器4。力觉系统6安装于两栖机器人机身120与行走机构100的连接处。力觉系统6包括力传感器数据采集卡61和四个六维力传感器110a、110b、110c、110d。力传感器测量由行走机构100传递到机身120上的六维力信息。力传感器数据采集卡61与六维传感器110的输出端电连接，获取力传感器的力和力矩信息后，通过PXI总线将其传递给主控制器4。由于力觉系统对环境光强和能见度没有要求，当两栖机器人运行于光强不足或者是混浊的水下环境时，主控制器4能够根据力学系统6的力觉信息重构出环境的力学图像，保证两栖机器人在光学摄像头失效的情况下实现高机动性的混合运动步态；
运动生成系统7包括CAN总线控制器70、浮力控制器71和多个单模块控制单元72。运动生成系统7中的浮力控制器71固结于两栖机器人机身120上平面中，运动生成系统7中的电机分别安装于两栖机器人行走机构100的外轮101、太阳齿轮1041、中心齿轮1042的驱动轴上。CAN总线控制器70的PXI总线接口连接于PXI总线上。CAN总线控制器70的CAN_H、CAN_L输出端与浮力控制器71和单模块控制单元72的CAN_H、CAN_L输出端以双绞电缆连接。CAN总线控制器70通过PXI总线获取各单模块的运动指令以及浮力指令，然后将目标控制器的指令分发到CAN总线上。浮力控制器71从CAN总线上收到浮力指令后产生两栖机器人所需的浮力；单模块控制单元72从CAN总线上收到运动控制指令后，控制对应的电机产生预定的运动。浮力控制器71固结于机身120上平面，其组成如图5所示，浮力控制器71由浮力控制微处理器711、微型气泵712、电磁阀713、密封气缸714和气囊715组成。其中，浮力控制微处理器511中包括第一 CAN总线控制模块7111、第一数模转换器7112和第二数模转换器7113。浮力控制微处理器711通过CAN总线控制器7111从CAN总线中的浮力控制指令，通过第一数模转换器7112和第二数模转换器7113输出两路O-1OV的模拟电压信号分别控制微型气泵712和电磁阀713动作。浮力控制器71中的气路连接如图6所示。微型气泵712和电磁阀713固结于密封气缸714内部。微型气泵712的气体输出端7121通过软橡胶气管与气囊715的通气口一 7151连接，微型气泵712的气体输入端7122悬空。电磁阀713的通气阀口 7131通过软橡胶气管与气囊715的通气口二 7152连接。微型气泵712和模数转换器7112的输出端电连接，电磁阀713的电气输入接口与模数转换器7112的输出端电连接。当接收到浮力增加指令时，模数转换器7112控制微型气泵712从密封气缸714抽取空气，并将空气注入气囊715中，使气囊715体积膨胀，产生浮力；当接收到浮力减少指令时，模数转换器7113控制电磁阀713的阀芯开口度，使空气从气囊715中流入密封气缸714中，从而使气囊715体积缩小，减少浮力。根据阿基米德原理，密封气缸714和气囊715的体积需要根据两栖机器人的重量计算确定。每个单模块控制单元72包括三个模块:外轮运动控制模块721、中心轮运动控制模块722和太阳轮运动控制器723。外轮运动控制模块721、中心轮运动控制模块722和太阳轮运动控制器723的硬件结构完全相同，由运动控制器和电机组成。运动控制器根据CAN总线中传送的运动数据控制电机进行预定的运动，通过传动链将运动传递到对应驱动轮上，多个驱动轮的协调运动则形成机器人的整体运动。如图7所示，运动控制器由微控制器80、全桥驱动电路81、霍尔电流传感器82和光电编码器83组成。霍尔电流传感器82的两个输入端串接于电机84的两个输入端，全桥驱动电路81的两个输出端与电机84的输入端连接，光电编码器83的输出轴与电机84输出轴固结。霍尔电流传感器82检测电机84两端的电流，光电编码器83检测电机84的速度。微控制器80包括CAN总线控制器801、模数转换器802、计数器803和PWM发生器(脉宽调制信号发生器)804。微处理器80的模数转换器802的输入端与霍尔电流传感器82的输出端连接。微处理器80的计数器803的输入端与光电编码器83的输出端连接。微处理器80中的PWM发生器804的输出端与全桥驱动电路81的输入端连接。微处理器80通过CAN总线控制器801接收来自于CAN总线的力矩或速度控制信号；然后通过模数转换器802读取霍尔电流传感器82的电流反馈信号，并通过计数器803获取光电编码器83的速度反馈信号。微处理器80将控制信号与反馈的电流和速度信号进行比较后，再进行比例-积分-微分运算。根据运算结果，微处理器80通过PWM发生器804改变输出到全桥驱动电路81的脉宽调制信号的占空比，从而改变输出到电机84两端的电压和电流。上述主控制器4采用NI PX1-8108实时嵌入式控制器。上述图像采集卡51采用NI PXIe-1435接收器。上述高性能摄像头52采用NI 1774智能摄像头。上述力传感器采集卡61采用NI PX1-6123多通道模拟采集卡。上述力传感器110采用ATI DELTA (S1-330-30)六维力传感器。上述CAN总线控制器70采用NI PXI 853ICAN总线接口卡。上述浮力微处理器711采用STM32型ARM微处理器。上述微型气泵712采用DSA-1-24型直流微型气泵。
上述电磁阀713采用VDM IOBA型电磁阀。上述微处理器80采用STM32型ARM微处理器。上述全桥驱动电路81采用LMS18200驱动芯片。以上所述为本发明的优选实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1.一种水陆两栖全地形移动机器人控制系统，包括上位机(3)、主控制器(4)、视觉系统(5)、力觉系统(6)和运动生成系统(J)，其特征在于:所述上位机(3)的以太网接口与主控制器⑷的以太网接口以网线连接；所述主控制器⑷的PXI总线接口分别与视觉系统(5)的PXI总线接口、力觉系统(6)的PXI总线接口、运动生成系统(7)的PXI总线接口以PXI总线连接；所述视觉系统(5)安装于两栖机器人机身(120)的前部，所述力觉系统(6)安装于两栖机器人机身(120)与行走机构(100)的连接处，运动生成系统(7)中的浮力控制器(71)固结于两栖机器人机身(120)上平面中，所述运动生成系统(7)中的三个电机分别联接于两栖机器人行走机构(100)的外轮(101)、太阳齿轮(1041)和中心齿轮(1042)的驱动轴。
2.根据权利要求1所述的水陆两栖全地形移动机器人控制系统，其特征在于:所述上位机(2)采用通用工控机；所述主控制器(4)采用NI PX1-8108实时嵌入式控制器；所述视觉系统(5)是一个图像采集卡(51)连接一个高性能摄像头(52);所述力觉系统(6)是一个力传感器数据采集卡￠1)连接一个六维力传感器(110)。
3.根据权利要求1、或2所述的水陆两栖全地形移动机器人控制系统，其特征在于，所述图像采集卡(51)采用NI PXIe-1435接收器；高性能摄像头(52)采用NI 1774智能摄像头；所述力传感器采集卡￠1)采用NI PX1-6123多通道模拟采集卡；所述力传感器￠2)采用ATI DELTA (S1-330-30)六维力传感器。
4.根据权利要求1所述的水陆两栖全地形移动机器人控制系统，其特征在于:所述运动生成系统(7)包括一个CAN总线控制器(70)、所述浮力控制器(71)和多个单模块控制单元(72);所述CAN总线控制器(70)采用NI PXI 8531CAN总线接口卡，CAN总线控制器(70)的PXI总线接口连接于PXI总线上，CAN总线控制器(70)的CAN_H、CAN_L输出端与浮力控制器(71)和单模块控制单元(72)的CAN_H、CAN_L输出端以双绞电缆连接。
5.根据权利要求1、或4所述的水陆两栖全地形移动机器人控制系统，其特征在于，所述浮力控制器(71)由一个浮力控制微处理器(711)、一个微型气泵(712)、一个电磁阀(713)、一个密封气缸(714)和一个气囊(715)组成；所述微型气泵(712)和电磁阀(713)固结于密封气缸(714)内部，微型气泵(712)的气体输出端(7121)通过软橡胶气管与气囊(715)的通气口一(7151)连接，微型气泵(712)的气体输入端(7122)悬空；电磁阀(713)的通气阀门(7131)通过软橡胶气管与气囊(715)的通气口二(7152)连接；微型气泵(712)和电磁阀(713)的电气输入接口与浮力控制微处理器(711)电连接； 所述浮力控制微处理器(711)采用STM32型ARM微处理器，微型气泵(712)采用DSA-1-24型直流微型气泵，电磁阀(713)采用VDM IOBA型电磁阀。
6.根据权利要求4所述的水陆两栖全地形移动机器人控制系统，其特征在于:所述单模块控制单元(72)包括外轮运动控制模块(721)、中心轮运动控制模块(722)和太阳轮运动控制模块(723)。
所述外轮运动控制模块(721)、中心轮运动控制模块(722)和太阳轮运动控制模块(723)的结构完全相同，由运动控制器和所述电机组成。
所述运动控制器由微控制器(80)、全桥驱动电路(81)、霍尔电流传感器(82)和光电编码器(83)组成。霍尔电流传感器(82)的两个输入端串接于所述电机的两个输入端，全桥驱动电路(81)的两个输出端与所述电机的输入端连接，光电编码器(83)的输出轴与所述电机输出轴固结。
所述微处理器(80)的一个模数转换器(802)的输入端与所述霍尔电流传感器(82)的输出端连接；所述微处理器(80)的一个计数器(803)的输入端与所述光电编码器(83)的输出端连接；所述微处理器(80)中的一个PWM发生器(804)的输出端与所述全桥驱动电路(81)的输入端连接。
7.根据权利要6所述的水陆两栖全地形移动机器人控制系统，其特征在于所述微处理器(80)采用STM32型ARM微处 理器；所述全桥驱动电路(81)采用LMS18200驱动芯片。
全文摘要
本发明公开了一种水陆两栖全地形移动机器人控制系统，它包括上位机、主控制器、视觉系统、力觉系统和运动生成系统。上位机的以太网接口与主控制器的以太网接口以网线连接；主控制器的PXI总线接口分别与视觉系统的PXI总线接口、力觉系统的PXI总线接口、运动生成系统的PXI总线接口以PXI总线连接；视觉系统安装于两栖机器人机身的前部，力觉系统安装于两栖机器人机身与行走机构的连接处，运动生成系统中的浮力控制器固结于两栖机器人机身上平面中，运动生成系统中的三个电机分别联接于两栖机器人行走机构的外轮、太阳齿轮和中心齿轮的驱动轴。水陆两栖全地形移动机器人控制系统实现两栖机器人连续、高效的全地形移动能力。
文档编号G05B19/418GK103197680SQ201310099138
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者蒲华燕, 马书根, 孙翊, 王涛, 高同跃, 李敏, 龚振邦 申请人:上海大学