机器人多级控制系统的制作方法

本技术属于机器人，更具体地说，是涉及一种机器人多级控制系统。

背景技术：

1、仿生机器人、人型机器人、操作型机器人、协作型机器人、灵巧手系统等机器人的自由度很多，往往超过30个，且机器人在工作时需要根据环境作相对应的调整，因此传感元件和执行元件的数量都很多；因此线路多、信息冗余，中央处理模组(计算机)负担太大，响应速度低下。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种机器人多级控制系统，包括：中央处理模组，一个或多个周边处理模组，一个或多个传感管理模组，一个或多个执行管理模组；

2、所述中央处理模组，与所述周边处理模组通讯且控制所述周边处理模组；

3、所述周边处理模组，与所述传感管理模组通讯且控制所述传感管理模组；

4、所述周边处理模组，与所述执行管理模组通讯且控制所述执行管理模组。

5、本技术，由中央处理模组、周边处理模组，传感管理模组，执行管理模组形成多级控制系统；传感管理模组、执行管理模组与周边处理模组，中央处理模组的应急响应速度由快到慢，运算处理能力由弱到强，它们之间可以合理配合与分工。对于需要较快反馈、产生反应的，可由传感管理模组、执行管理模组、或者周边处理模组完成；对于需要综合处理大量信息的较复杂情况，可由中央处理模组集中处理；多级控制系统的响应速度快。

6、在本技术的一个实施例中，所述机器人多级控制系统包括直接控制通路，在所述直接控制通路中，所述传感管理模组或所述执行管理模组对受控元件的信号进行处理得到输出信息；所述传感管理模组、所述执行管理模组，根据所述输出信息对相对应的受控元件进行监测并输出监测结果；和/或，

7、所述机器人多级控制系统包括二级控制通路，在所述二级控制通路中，所述传感管理模组或执行管理模组将对受控元件的信号进行处理得到的输出信息，所述传感管理模组或所述执行管理模组对受控元件的监测结果，所述传感管理模组或执行管理模组的内部信息中的至少一种上传至所述周边处理模组；和/或，

8、所述机器人多级控制系统包括三级控制通路，在所述三级控制通路中，所述周边处理模组将对受控元件的信号进行处理过的输出信息，所述传感管理模组或所述执行管理模组对受控元件的监测结果，所述传感管理模组或执行管理模组的内部信息，所述周边处理模组的内部信息中的至少一种上传至中央处理模组。

9、所述受控元件包括传感元件，所述传感元件连接至所述传感管理模组和/或所述执行管理模组。所述受控元件包括执行元件，执行管理模组连接并控制至少一个执行元件。

10、在驱动元件或者传感元件工作异常，如驱动元件失灵，传感元件失灵、缺失，或者机器人关节、运动部件达到极限状态时，都可以通过直接控制通路进行快速响应处理，而不必等待上级模组下达指令。这缩短了响应时间，提高了系统的响应速度。上级模组在一定条件下可以发出指令干预下级的处理进程，进一步保证了系统的可靠性和灵活性。

11、在本技术的一个实施例中，所述传感管理模组、执行管理模组内设置有第一预设条件集合、第一预设处理过程集合；当所述传感管理模组或所述执行管理模组对受控元件的信号进行处理过的输出信息、所述传感管理模组或所述执行管理模组对受控元件的的监测结果中的任一项达到第一预设条件时，所述执行管理模组和/或传感管理模组执行第一预设处理过程；和/或，

12、所述周边处理模组内设置有第二预设条件集合、第二预设处理过程集合；当所述传感管理模组或所述执行管理模组对受控元件的信号进行处理得到的输出信息、所述传感管理模组或所述执行管理模组对受控元件的监测结果、所述传感管理模组或执行管理模组的内部信息、所述周边处理模组对接收到的信息进一步处理得到的监测结果中的任一项达到第二预设条件时，所述周边处理模组执行第二预设处理过程；和/或，

13、所述中央处理模组内设置有第三预设条件集合、第三预设处理过程集合；当所述传感管理模组或所述执行管理模组对受控元件的信号进行处理过的输出信息、所述传感管理模组或所述执行管理模组对受控元件的监测结果、所述传感管理模组或执行管理模组的内部信息、所述周边处理模组的监测结果、所述周边处理模组的内部信息、所述中央处理模组对接收到的信息进一步处理得到的监测结果中的任一项达到第三预设条件时，所述中央处理模组执行第三预设处理过程。

14、在本技术的一个实施例中，所述周边处理模组执行第二预设处理过程时发出二级控制指令；所述中央处理模组执行第三预设处理过程时发出三级控制指令；

15、所述直接控制通路执行第一预设处理过程的指令、二级控制指令、三级控制指令分别带有一个重要性系数；

16、当直接控制通路执行第一预设处理过程的指令与二级控制指令、三级控制指令中的任一下级指令与上级指令存在冲突时，执行重要性系数最大的指令。

17、在本技术的一个实施例中，所述中央处理模组，搭载有类脑计算平台，运行类脑神经网络，实现机器人自主控制。

18、在本技术的一个实施例中，所述中央处理模组中，具有借鉴脑神经环路的算法或程序。

19、在本技术的一个实施例中，所述中央处理模组，搭载有程序模块，用于运行程序/脚本，实现机器人程序控制。

20、在本技术的一个实施例中，所述中央处理模组和/或周边处理模组还连接动作捕捉设备，动作捕捉设备将使用者的动作转换为输入信号提供给本系统，用于实现机器人遥控控制。

21、所述机器人自主控制、机器人程序控制、和机器人遥控控制混合使用。使机器人多级控制系统满足不同应用环境的需求，保证系统可靠性。

22、在本技术的一个实施例中，所述动作捕捉设备还带有反馈模块，所述中央处理模组和/或周边处理模组将反馈信息输出给动作捕捉设备，通过反馈模块将信息传递给使用者。能让动作捕捉设备的使用者体验到力量感、阻力、物体形状纹理等环境反馈。

23、在本技术的一个实施例中，所述中央处理模组还连接图像输入模块、声音输入模块，用于实现视觉、听觉的感知(高级认知)。

24、在本技术的一个实施例中，所述中央处理模组通过软件、固件、硬件、可重构设备中的一种或多种实现；

25、所述周边处理模组通过软件、固件、硬件、可重构设备中的一种或多种实现。

26、在本技术的一个实施例中，所述执行管理模组包括至少一个驱动单元；所述驱动单元包括驱动电路。

27、在本技术的一个实施例中，所述执行管理模组还包括至少一个管理单元，在同一个执行管理模组内，所述管理单元与驱动单元之间进行通讯并协调各驱动单元；所述管理单元与周边处理模组通讯。

28、在本技术的一个实施例中，所述驱动电路由h桥芯片、或分立元件构成电压、电流、力矩、转速、转角控制环路；所述管理单元与各驱动单元之间设置有隔离器件。管理单元与各驱动单元之间的信号通过隔离器件进行电磁隔离。隔离器件可以是光耦，也可以是磁偶，或其它隔离芯片。好处是可以降低执行元件的电磁噪声串扰至数字电路、传感管理模组的模拟信号采样部分。

29、在本技术的一个实施例中，所述传感元件包括触觉传感元件，力传感元件，力矩传感元件，位置传感元件，速度传感元件，电流传感元件，电压传感元件，温度传感元件中的一种或多种。

30、在本技术的一个实施例中，信号量大的传感元件连接至传感管理模组；信号量少的传感元件连接至执行管理模组。

31、在本技术的一个实施例中，所述传感管理模组合并在周边处理模组中，和/或，所述执行管理模组合并在周边处理模组中。当一传感管理模组下辖的传感元件数量较少时，将该传感管理模组可合并入周边处理模组；当一执行管理模组下辖的执行元件数量较少时，将该执行管理模组可合并入周边处理模组。

32、在本技术的一个实施例中，所述执行元件包括电机，液压元件，气动元件，人工肌肉中的一种或多种。

33、在本技术的一个实施例中，所述中央处理模组和/或周边处理模组还连接紧急制动装置。

34、在本技术的一个实施例中，所述中央处理模组通过以太网络、wifi、蓝牙、5g、4g、usb、串行总线、工业总线中一种或多种方式与周边处理模组通讯。

35、在本技术的一个实施例中，所述周边处理模组通过以太网络、wifi、蓝牙、usb、串行总线、和工业总线中一种或多种方式与执行管理模组通讯。

36、在本技术的一个实施例中，所述管理单元与各驱动单元之间通过总线通讯，所述总线采用can、i2c、spi中的一种或多种。

37、在本技术的一个实施例中，所述中央处理模组与周边处理模组之间的通讯为第一级通讯，第一级通讯的目标包括关节的宏观操作；周边处理模组与执行管理模组之间的通讯为第二级通讯，第二级通讯的目标包括与执行管理模组连接的执行元件。

38、在本技术的一个实施例中，第一级通讯、第二级通讯各自存在一至多层协议；

39、所述第一级通讯的上层协议中，数据包格式包括指令；数据包格式还可以包括目标和/或参数；

40、所述第二级通讯的上层协议中，数据包格式包括指令；数据包格式还可以包括目标和/或参数。

41、在本技术的一个实施例中，所述周边处理模组配置为基于可重构单元和通讯管理单元的嵌入式电路；

42、所述通讯管理单元与中央处理模组通讯，中央处理模组向通讯管理单元发送第一讯息，通讯管理单元对所述第一讯息进行解码，得到第二讯息，并将所述第二讯息传给可重构单元。

43、在本技术的一个实施例中，可重构单元可配置为fpga；通讯管理单元为arm或dsp；

44、fpga与作为通讯管理单元的arm或dsp可以为独立芯片，也可以绑定在同一个芯片中，以提高二者间通讯带宽；或者，还可以在可重构单元fpga中嵌入arm或dsp的固件。

45、作为替代的方案，可重构单元还可以配置为可重构硬件。可重构硬件是指硬件线路、功能可以根据软件在运行时重构的硬件设备。

46、在本技术的一个实施例中，所述机器人多级控制系统带有蓄电装置作为备用电源。在主电源切断的情况下，可以临时供电，保证执行元件的动作可以完成、或将机器人的运动置入安全状态。

47、在本技术的一个实施例中，所述传感管理模组带有运算电源(例如采用电池供电),以进一步降低模拟信号采样部分所受电磁干扰。

48、在本技术的一个实施例中，所述机器人多级控制系统还包括保护壳，所述保护壳具有防爆结构、防电磁辐射结构、防水结构、防尘结构、防震结构中的一种或者多种。

49、本技术所提供的一种机器人多级控制系统，有益效果在于：

50、本技术，由中央处理模组、周边处理模组，传感管理模组，执行管理模组形成多级控制系统；传感管理模组、执行管理模组与周边处理模组，中央处理模组的应急响应速度由快到慢，运算处理能力由弱到强，它们之间可以合理配合与分工。对于需要较快反馈、产生反应的，可由传感管理模组、执行管理模组、或者周边处理模组完成；对于需要综合处理大量信息的较复杂情况，可由中央处理模组集中处理；多级控制系统的响应速度快。