CN208092467U - 一种基于电驱动的机械驴控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电驱动的机械驴控制***，包括机械驴装置，机械驴装置包括机架和铰连接在机架下端面的四条机械腿，机械腿包括铰连接的大腿和小腿，大腿和机架之间分别铰连接有用于驱动大腿横摆和前摆的第一推杆电机和第二推杆电机，大腿和小腿之间铰连接有用于驱动总控制装小腿前摆的第三推杆电机，机架上分别固定有总控制装置和分别用于控制四条机械腿分控制装置。与现有技术相比，本实用新型在控制过程中利用H桥原理控制推杆电机的伸缩，来实现机械驴的仿生运动控制，然后通过安装在机械驴蹄子位置的压力传感器，来判断与地面的接触紧密程度，使其能在相对复杂的地面环境下实现实时遥控运动控制。

Description

一种基于电驱动的机械驴控制***

技术领域

本实用新型涉及四足仿生机器人领域，特别是一种基于电驱动的机械驴控制***。

背景技术

随着中国制造2025，工业4.0的不断推进，机器人越来越多被应用到了自动化生产的过程之中，机器人的研究水平更成为一个国家一个民族综合国力的反应。因此各式各样的机器人在不同的领域之中得到各种应有，其中以用于运输的机器人最为常见。一般情况下按照结结构机器人可分为轮式机器人、履带式机器人、足式机器人，按照动力可分为电驱动、液压驱动与电液混合驱动。本实用新型四足仿生机器人采用电驱动，可代替人执行长途危险的运输任务。

但是现有四足机器人的控制***无法实现机械驴腿部仿生动作遥控控制，从而达到整个机械驴可遥控运动控制的目的，而且现有的机械驴运行过程中由于电磁干扰及由机器人在运行过程中震动等不确定因素很容易引起故障。

发明内容

本实用新型的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种基于电驱动的机械驴控制***，实现机械驴腿部仿生动作遥控控制，从而达到整个机械驴可遥控运动控制的目的。

为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：

一种基于电驱动的机械驴控制***，包括机械驴装置，所述机械驴装置包括机架和铰连接在机架下端面的四条机械腿，机械腿包括铰连接的大腿和小腿，大腿和机架之间分别铰连接有用于驱动大腿横摆和前摆的第一推杆电机和第二推杆电机，所述大腿和小腿之间铰连接有用于驱动总控制装小腿前摆的第三推杆电机，所述机架上分别固定有总控制装置和分别用于控制四条机械腿分控制装置，其中总控制装置包括主处理器以及与主处理器连接的主电源、主存储器、蓝牙模块、主CAN总线，所述主电源用于为主处理器供电；主存储器用于存储主处理器处理后的数据；蓝牙模块用于接收远程控制机械驴动作的指令并发送至主处理器处理后，通过主CAN总线发送给各分控制装置运动控制指令控制四条机械腿动作；每一个分控制装置包括分处理器以及与分处理器连接的分电源、分存储器、分别安装在四条机械腿蹄子底部的压力采集模块、分CAN总线、分别与第一推杆电机、第二推杆电机、第三推杆电机连接的H桥驱动电路，所述分电源为分处理器及第一推杆电机、第二推杆电机、第三推杆电机供电；分存储器用于存储分处理器处理后的数据；压力采集模块用于采集四条机械腿蹄子位置的压力值；分CAN总线用于接收总控制装置发送的运动控制指令传输至分处理器，分处理器通过H桥驱动电路分别控制第一推杆电机、第二推杆电机、第三推杆电机以实现对每一条机械腿的大腿横摆自由度控制、大腿前摆自由度控制、小腿前摆自由度控制，其中大腿横摆自由度控制包括大腿横摆上桥控制，大腿横摆下桥控制；大腿前摆自由度控制包括大腿前摆上桥控制，大腿前摆下桥控制；小腿横摆自由度控制包括小腿前摆上桥控制，大腿前摆下桥控制。

进一步的技术方案为，所述主处理器和主处理器均为飞思卡尔的 KEA128处理器。

进一步的技术方案为，所述总控制装置还包括JATE接口和复位按钮，所述JATE接口用于对主处理器进行软件的升级与维护；复位按钮用于对主处理器的复位功能及紧急停车功能。

进一步的技术方案为，所述分控制装置还包括分JATE接口和分复位按钮，所述分JATE接口用于对分处理器进行软件的升级与维护；分复位按钮用于对分处理器的复位功能及紧急停车功能。

与现有技术相比，本实用新型在控制过程中利用H桥原理控制推杆电机的伸缩，来实现机械驴的仿生运动控制，然后通过安装在机械驴蹄子位置的压力传感器，来判断与地面的接触紧密程度，使其能在相对复杂的地面环境下实现实时遥控运动控制。本控制***运行可靠、准确、稳定、拆装方便。将机械驴控制装置作为一个独立的控制器。控制器采取减震和屏蔽措施,保证控制装置在运行过程中可以避免电磁干扰及由机器人在运行过程中震动等不确定因素引起的故障。

附图说明

图1示出了本实用新型的一种基于推杆电机的机械驴控制装置及***示意图。

图2示出了本实用新型的一种基于推杆电机的机械驴控制装置及***分控制装置框图。

图3示出了本实用新型的一种基于推杆电机的机械驴控制装置及***的总控制装置框图。

图4示出了本实用新型的一种基于推杆电机的机械驴控制装置及***机械结构图。

图5示出了本实用新型的一种基于推杆电机的机械驴控制装置及***H桥驱动电路的上桥电路原理图。

图6示出了本实用新型的一种基于推杆电机的机械驴控制装置及***H桥驱动电路的下桥电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步描述，在此实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

参照图1、图2和图3，一种基于推杆电机的机械驴控制***，包括机械驴装置，所述机械驴装置包括机架和铰连接在机架下端面的四条机械腿，机械腿包括铰连接的大腿和小腿，大腿和机架之间分别铰连接有用于驱动大腿横摆和前摆的第一推杆电机29和第二推杆电机30，所述大腿和小腿之间铰连接有用于驱动总控制装小腿前摆的第三推杆电机31，整个控制装置***分为五个部分，分别是总控制装置A、右前控制装置B、左前控制装置C、右后控制装置D、左后控制装置E。其中总控制装置核心处理器为飞思卡尔的KEA128主处理器17、主电源18、主存储器19、主JATE接口20、主复位按钮21、蓝牙模块22、主CAN总线23。分控制装置的右前控制装置B、左前控制装置C、右后控制装置D、左后控制装置E结构一致，以其中右后控制装置D为例进行说明。右后控制装置D的核心处理器为飞思卡尔的KEA128分处理器1、分电源2、分存储器3、压力采集模块4、分CAN总线5、分复位按钮6、H桥驱动电路7、分JATE接口8。H 桥驱动电路7包括对大腿横摆自由度控制控制8、大腿前摆自由度控制9、小腿前摆自由度控制10。其中大腿横摆自由度控制8包括大腿横摆上桥控制11，大腿横摆下桥控制12；大腿前摆自由度控制8包括大腿前摆上桥控制13，大腿前摆下桥控制14；小腿横摆自由度控制8包括小腿前摆上桥控制15，大腿前摆下桥控制16。

本实用新型的工作原理为：

参照图1、图2和图3，总控制装置核心处理器为飞思卡尔的KEA128主处理器17；主电源18为总控制装置***及KEA128主处理器17动力的来源，使整个***得以安全、稳定、可靠运行；主存储器19可以存储处理器处理后的数据；主JATE接口20可以方便以后对控制装置进行软件的升级与维护；主复位按钮21可以实现总控制装置主处理器的复位功能及紧急停车功能；蓝牙模块22接收的指令经过KEA128主处理器17处理后，通过主CAN总线23发送给各分控制装置运动控制指令。

分控制装置的右前控制装置B、左前控制装置C、右后控制装置 D、左后控制装置E结构一致，以其中右后控制装置D为例进行说明。各分控制装置的核心处理器为飞思卡尔的KEA128分处理器1；分电源2为总控制装置***及KEA128分处理器1动力的来源，使整个***得以安全、稳定、可靠运行；分存储3可以存储处理器处理后的数据；压力采集模块4采集蹄子位置的压力值；分复位按钮6可以实现分控制装置处理器的复位功能及紧急停车功能；分JATE接口8可以方便以后对控制装置进行软件的升级与维护；分CAN总线5接收总控制装置发送的运动控制指令，通过KEA128分处理器1控制H桥驱动电路7包括对大腿横摆自由度控制控制8、大腿前摆自由度控制 9、小腿前摆自由度控制10。其中大腿横摆自由度控制8包括大腿横摆桥控制11，大腿横摆桥控制12；大腿前摆自由度控制9包括大腿前摆桥控制13，大腿前摆桥控制14；小腿横摆自由度控制10包括小腿前摆桥控制15，大腿前摆桥控制16。

参照图4，总控制装置28、右前控制装置24、左前控制装置25、右后控制装置26、左后控制装置27。以右前控制装置24为例，第一推杆电机29、第二推杆电机30相互配合可以实现横摆自由度控制和前摆自由度的控制；通过控制第三推杆电机31可以实现小腿前摆自由度的控制。下面对推杆电机29、推杆电机30自由度控制配合进行说明，见表1：

表1动作分解的控制表

H桥驱动电路7工作原理是控制采用的H桥驱动电路来实现，H 桥驱动电路通过四个场效应管来实现对推杆电机的伸缩控制，以此来实现对仿生运动的控制。仿生运动的控制需要各个自由度桥的配合完成，通过对大腿横摆桥控制11、大腿横摆桥控制12、大腿前摆桥控制13、大腿前摆桥控制14、小腿前摆桥控制15、小腿前摆桥控制16 的控制可以实现对大腿横摆自由度控制F、大腿前摆自由度控制G、小腿横摆自由度控制H的仿生运动控制。下面以右后腿上的分控制装置右后控制装置D为例，动作分解的控制表见表2

表2动作分解的控制表

参照图5上半桥、图6下半桥，上桥和下桥组成一个全桥。以小腿运动控制为例，小腿的前踢动作(或者后缩动作)由控制端VH2、VL3 的配合控制，小腿的后缩动作(或者前提动作)由控制端VH3、VL2 的配合控制，也就是说一个全桥可以对一个推杆电机的伸缩进行控制，电机的驱动电桥电路由PNP型三极管2N5401、NPN型三极管2N5551 和MOS管75NF75以及电阻电容等器件搭建，其中V62和V64都是 IN4739稳压管。当VH2为高电平时，NPN三极管N61导通，R64 分担9V电源，所以PNP三极管P63导通，R610两端有压差，所以 C64充电，稳定后C64两端电压导通MOS管M61，12V(+)引入电路；当VH2为低电平时，MOS管M61关断。控制端VL3的控制过程和VH2刚好相反，VL3为高时MOS管M72管关断；VL3为低时MOS管M72管导通，12V(-)引入电路。小腿的动作控制VH2、 VL2、VH3、VL3配合详解如表3，其他的电平配合，出于对驱动电路中电桥的保护，都被禁止。在实际的控制中，为了快速的驱动电桥， VH2、VH3的高低电平用PWM波替代。以上通过VH2、VL2、VH3、 VL3配合实现了对H桥的控制，即实现对小腿实时控制。同理，其中一条腿由三个推杆电机控制，即需要对12个端口进行配合控制，可以实现动作控制。

表3小腿的动作控制

本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于电驱动的机械驴控制***，包括机械驴装置，所述机械驴装置包括机架和铰连接在机架下端面的四条机械腿，机械腿包括铰连接的大腿和小腿，大腿和机架之间分别铰连接有用于驱动大腿横摆和前摆的第一推杆电机和第二推杆电机，所述大腿和小腿之间铰连接有用于驱动总控制装小腿前摆的第三推杆电机，其特征在于：所述机架上分别固定有总控制装置和分别用于控制四条机械腿分控制装置，其中总控制装置包括主处理器以及与主处理器连接的主电源、主存储器、蓝牙模块、主CAN总线，所述主电源用于为主处理器供电；主存储器用于存储主处理器处理后的数据；蓝牙模块用于接收远程控制机械驴动作的指令并发送至主处理器处理后，通过主CAN总线发送给各分控制装置运动控制指令控制四条机械腿动作；每一个分控制装置包括分处理器以及与分处理器连接的分电源、分存储器、分别安装在四条机械腿蹄子底部的压力采集模块、分CAN总线、分别与第一推杆电机、第二推杆电机、第三推杆电机连接的H桥驱动电路，所述分电源为分处理器及第一推杆电机、第二推杆电机、第三推杆电机供电；分存储器用于存储分处理器处理后的数据；压力采集模块用于采集四条机械腿蹄子位置的压力值；分CAN总线用于接收总控制装置发送的运动控制指令传输至分处理器，分处理器通过H桥驱动电路分别控制第一推杆电机、第二推杆电机、第三推杆电机以实现对每一条机械腿的大腿横摆自由度控制、大腿前摆自由度控制、小腿前摆自由度控制，其中大腿横摆自由度控制包括大腿横摆上桥控制，大腿横摆下桥控制；大腿前摆自由度控制包括大腿前摆上桥控制，大腿前摆下桥控制；小腿横摆自由度控制包括小腿前摆上桥控制，大腿前摆下桥控制。

2.根据权利要求1所述的基于电驱动的机械驴控制***，其特征在于：所述主处理器和主处理器均为飞思卡尔的KEA128处理器。

3.根据权利要求1所述的基于电驱动的机械驴控制***，其特征在于：所述总控制装置还包括JATE接口和复位按钮，所述JATE接口用于对主处理器进行软件的升级与维护；复位按钮用于对主处理器的复位功能及紧急停车功能。

4.根据权利要求1所述的基于电驱动的机械驴控制***，其特征在于：所述分控制装置还包括分JATE接口和分复位按钮，所述分JATE接口用于对分处理器进行软件的升级与维护；分复位按钮用于对分处理器的复位功能及紧急停车功能。