CN102126220A - 一种基于现场总线仿人机器人六自由机械臂的控制*** - Google Patents

一种基于现场总线仿人机器人六自由机械臂的控制*** Download PDF

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姜重然
史庆军
陈文平
徐斌山
白金泉
李丽
薄向东
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Abstract

一种仿人机器人机械臂的控制***，属于机器人技术和自动化领域，具体涉及一种基于现场总线仿人机器人六自由机械臂的控制***，它的目的是为了仿人机器人机械臂动作和姿态准确控制。本发明包括主计算机(1)、现场总线(2)和伺服单元(3)三部分。主计算机(1)完成运动规划算法，同时主计算机(1)还将通过现场总线(2)与各伺服单元(3)通信，各伺服单元(3)驱动仿人机器人机械臂1-3各关节1-2的协调运动，达到预期的姿态。本发明控制实时性能好、运动控制准确、电路简单高效、抗干扰能力强、电缆线少、便于应用、成本低。

Description

一种基于现场总线仿人机器人六自由机械臂的控制***
所属技术领域
本发明属于机器人技术和自动化领域，涉及机器人机械臂的控制***，特别涉及一种基于现场总线仿人机器人六自由度机械臂的控制方法及***。
背景技术
仿人机器人是与人类最接近的一种机器人，它与传统履带机器人或者轮式机器人相比，更能适应人类日常环境，同时更便于使用为人类发明设计的各种工具，模仿人类各种行为动作，因此，仿人机器人具有广阔的发展前景。
目前，人们对于仿人机器人的研究仍然主要集中在探索更加有效、可靠的稳定性控制方法，在这些研究中，仿人机器人的臂部和手部作为机器人行动过程中动作协调性和外界接触受力的部位，就成为解决仿人机器人的行动过程中动作协调性和动作稳定性的关键所在。在一些复杂的动作中，比如武术的刀术、剑术、太极推手、舞蹈表演、跑步时，其臂部姿态就特别重要，六自由度机械臂能满足人类臂部的基本动作和姿态，六自由为肩部2个、肘部1个、腕部3个。
以往仿人机器人机械臂的控制方法采用集中控制方法。目前，仿人机器人机械臂的控制方法根据仿人机器人大小采用集中或者分布式控制方法，由于选用控制方法和***存在差异，其效果也不同。
发明内容
在解决大型仿人机器人机械臂完成复杂的动作中，为了***高度实时性、容错性、可靠性、扩充性，本发明提出一种基于现场总线仿人机器人六自由机械臂的控制***1-1，所述技术方案如下：
一种基于现场总线仿人机器人六自由机械臂的控制***1-1，所述***包括：主计算机(1)、现场总线(2)、伺服单元(3)。
所述主计算机(1)完成运动规划算法，同时主计算机(1)还将通过现场总线(2)与各伺服单元(3)通信，各伺服单元(3)驱动仿人机器人机械臂1-3各关节1-2的协调运动。所述现场总线(2)选用CAN现场总线(2)，CAN总线是一种现场总线(fieldbus)，直接通信距离最远可达10km，速率5Kbps以下，通信速率最高可达1MbPs，此时通信距离最长为40m，节点目前可达110个，通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，CAN现场总线(2)完成主计算机(1)与各伺服单元(3)通信。所述伺服单元驱动机械臂1-3各关节1-2运动。
所述伺服单元包括控制器2-1、驱动器2-2、电机2-3、检测与反馈电路2-4、减速器2-5组成。驱动器2-2选用TITECH的JW-144-2，电机2-3肩部和肘部选用的是瑞士MAXON公司的RE系列石墨电刷直流电机，型号为RE3024V 60W，腕部选用的也是瑞士MAXON公司的RE系列石墨电刷直流电机，型号为RE3024V 20W，从电机2-3轴检测与反馈器件选用的是光电轴角编码器，从减速器2-5检测与反馈器件选用的是电位器，减速器2-5选用的是谐波减速器。
所述控制器2-1包括CAN总线电路3-1、单片机3-2、D/A转换电路3-3。单片机3-2选用的是AT89C51CC01，AT89C51CC01本身自有CAN总线控制器，故不需要外加CAN总线控制器，D/A转换电路3-3选用D/A转换器是DAC7621。
所述CAN总线电路3-1包括光电耦合器4-1、CAN总线收发器4-2、防雷击管4-3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2。光电耦合器4-1选用高速光耦隔离6N137芯片，在此用2片6N137芯片，单片机3-2的TXDC引脚通过电阻R1和一片6N137芯片IN引脚连接，单片机3-2的RXDC引脚和另一片6N137芯片OUT引脚连接，CAN总线收发器4-2选用TJA1050芯片，一片6N137芯片OUT引脚连接TJA1050芯片引脚TXD，另一片6N137芯片IN引脚通过电阻R2连接TJA1050芯片引脚RXD，TJA1050芯片的CANH引脚通过电阻R3、电容C1、防雷击管4-3与CAN总线节点相连，TJA1050芯片的CANL引脚通过电阻R4、电容C2、防雷击管4-3与CAN总线节点相连。
本发明的有益效果是：
1.控制实时性能好，运动控制准确。
2.电路简单高效，抗干扰能力强。
3.电缆线少，便于应用，成本低。
附图说明
图1为本发明***及工作过程示意图。
图2为本发明伺服单元结构示意图。
图3为本发明控制器结构示意图。
图4为本发明CAN总线电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明进一步详细说明。
第一步：如图1所示，当仿人机器人机械臂1-3需要做出某种姿态时，主计算机(1)根据当前的各关节1-2的姿态以及下一步各关节1-2的姿态完成运动规划算法，主计算机(1)通过现场总线(2)把运动规划算法的结果传送到相应各伺服单元(3)。
第二步：如图2所示，相应各伺服单元(3)的控制器2-1根据运动规划算法的结果和检测与反馈电路2-4的结果经过一定的控制算法控制器2-1输出电压信号，输出的电压信号控制驱动器2-2的输出，驱动器2-2的输出控制电机2-3转动，电机2-3的转动驱动减速器2-5转动，减速器2-5的转动驱动关节3转动，在驱动器2-2控制电机2-3转动、电机2-3驱动减速器2-5转、减速器2-5驱动关节3转动的同时，从电机2-3轴光电轴角编码器检测的信号以及从减速器2-5电位器检测的信号反馈到控制器2-1，再重复上述过程，直至关节1-2达到预期的位置，机械臂1-3需要做出预期的姿态。
第三步：如图1所示，相应各伺服单元(3)的控制器2-1把各关节1-2的姿态位置发送到主计算机(1)，同时准备机械臂1-3下一个姿态。

Claims (4)

1.一种基于现场总线仿人机器人六自由机械臂的控制***1-1，其特征在于：包括主计算机(1)、现场总线(2)和伺服单元(3)三部分。主计算机(1)完成运动规划算法，同时主计算机(1)还将通过现场总线(2)与各伺服单元(3)通信，各伺服单元(3)驱动仿人机器人机械臂1-3各关节1-2的协调运动。
2.如权利要求1所述的基于现场总线仿人机器人机械臂的控制方法及***，，其特征在于：所述伺服单元(3)包括控制器2-1、驱动器2-2、电机2-3、检测与反馈电路2-4、减速器2-5组成。驱动器2-2选用TITECH的JW-144-2，电机2-3肩部和肘部选用的是瑞士MAXON公司的RE系列石墨电刷直流电机，型号为RE3024V 60W，腕部选用的也是瑞士MAXON公司的RE系列石墨电刷直流电机，型号为RE3024V 20W，从电机2-3轴检测与反馈器件选用的是光电轴角编码器，从减速器2-5检测与反馈器件选用的是电位器，减速器2-5选用的是谐波减速器。
3.如权利要求2所述的伺服单元(3)，其特征在于：所述伺服单元(3)的控制器2-1包括CAN总线电路3-1、单片机3-2、D/A转换电路3-3。单片机3-2选用的是AT89C51CC01，AT89C51CC01本身自有CAN总线控制器，故不需要外加CAN总线控制器，D/A转换电路3-3选用D/A转换器是DAC7621。
4.如权利要求3所述的控制器2-1，其特征在于：所述控制器2-1的CAN总线电路3-1包括包括光电耦合器4-1、CAN总线收发器4-2、防雷击管4-3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2。光电耦合器4-1选用高速光耦隔离6N137芯片，在此用2片6N137芯片，单片机3-2的TXDC引脚通过电阻R1和一片6N137芯片IN引脚连接，单片机3-2的RXDC引脚和另一片6N137芯片OUT引脚连接，CAN总线收发器4-2选用TJA1050芯片，一片6N137芯片OUT引脚连接TJA1050芯片引脚TXD，另一片6N137芯片IN引脚通过电阻R2连接TJA1050芯片引脚RXD，TJA1050芯片的CANH引脚通过电阻R3、电容C1、防雷击管4-3与CAN总线节点相连，TJA1050芯片的CANL引脚通过电阻R4、电容C2、防雷击管4-3与CAN总线节点相连。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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