专利名称：基于多cpu的网络化机器人控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于多CPU的网络化机器人控制器。
背景技术：
控制器作为机器人系统的核心控制单元，直接决定着机器人的性能；同时，随着机器人技术的日趋成熟，机器人技术在工业、服务业中的应用也日益复杂，这对机器人控制器的通用性、兼容性、复杂程度以及模块化程序提出了更高的要求。机器人控制器除具备基本的运动控制外，还需借助外部传感系统感知机器人周围的环境信息，使其能适应复杂环境的变化，具有一定的智能性、自适应性。网络、总线作为机器人控制器与外部控制器的主要通讯手段，为适应当前网络技术、总线技术的发展，新一代的控制器应具备有灵活、标准、开放的多种网络通讯功能。生产任务、生产环境的日趋复杂，对机器人技术的柔性和通用性提出了更高的要求，因此，机器人控制器还应具备很好的扩展性和可重构性，以满足复杂工艺的要求。工业应用中，机器人周围环境噪音大，电磁干扰严重，因此机器人控制器还应具备各种抗干扰能力。系统异常时，还应具备数据保存功能。现有的控制器由一个或二个CPU完成所有功能，其功能(处理能力、对环境感知能力、决策能力)、性能(实时性、可靠性、稳定性)受到了很大的限制，而且对CPU要求较高，因此仅能完成机器人的基本运动控制和一些简单的数字量、模拟量信号检测，不能满足当前机器人运行环境、应用复杂的要求。
发明内容为了克服上述问题，本实用新型提供一种基于多CPU的网络化机器人控制器，同时具备传感信息采集、融合功能，具备机器人运动控制、规划功能。此外，本实用新型还具有多种网络控制功能:具有基于总线型网络结构的CAN总线、有线/无线以太网以及SCI通讯功能。本实用新型公开了基于多CPU的网络化机器人控制器，其特征在于，包括:若干信息采集、控制级CPU，用于控制相应的传感器系统或执行机构，并采集传感器系统数据；若干前级总线驱动芯片，把所述信息采集、控制级CPU的数据转换为通用标准格式的数据；后级总线驱动芯片，连接所述若干前级总线驱动芯片的输出端，将所述通用标准格式的数据翻译为规划级CPU能识别的数据格式；规划级CPU，连接所述后级总线驱动芯片的输出端。比较好的是，所述规划级CPU进一步包括:网络、总线单元，控制单元，信息预处理单元，配置单元，读取单元，电源单元，复位晶振电路，数字信号处理芯片。
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。图1是本实用新型的结构框图；图2是图1中规划级CPU的具体组成框图；图3是图1中信息采集、控制级CPU的结构框图。
具体实施方式
请参见图1，所示为本实用新型的网络化结构框图。若干个信息采集、控制级CPU1，CPU210…的输出端连接若干个总线驱动芯片11，前级的总线驱动芯片11的输出端连接后级的总线驱动芯片12的输入端，后级的总线驱动芯片12的输出端连接规划级CPU13的输入端。各信息采集、控制级CPU1，CPU210…通过各自对应的总线驱动芯片11以及后级总线驱动芯片12将各自信息采集、控制级CPU1，CPU2…的网络地址或ID发送至规划级CPU13，规划级CPU13接收到该地址信息后再将该地址信息反馈至信息采集、控制级CPU1，2...，以此建立本信息采集、控制级CPU与规划级CPU的网络化通讯。其中，前级的总线驱动芯片11把各个信息采集、控制级CPU的某种格式的数据转换为通用标准的数据，并传输给后级的总线驱动芯片12，由其把标准数据翻译为规划级CPU能识别的数据格式。规划级CPU13主要用于融合其它CPU采集的传感信息(图像、音频、运动、网络)，通过从多信息的视角进行处理及综合，形成一种对外部环境或被测对象某一特征的表达方式，剔除无用和 错误的信息，保留正确的和有用的成分，从而完善地、准确地反映机器人外部、内部状态、环境的特征。经过融合后的传感器信息具有信息冗余性、互补性、实时性、信息获取的低成本性等特点。因此，规划级CPU13以此做出相应的决策，控制机器人以及给各CPU发送控制信号。信息采集、控制级CPU1、CPU2、CPU3、CPU4主要用于控制相应的传感器系统或执行机构，同时，采集传感器系统数据，并将各种非符号化信息进行一定的处理，符号化，再通过总线(以太网、CAN、SCI总线)将数据发送至规划级CPU。机器人系统可根据实际需要，对本多CPU网络化机器人控制器进行功能配置，如可选择以太网、CAN总线或SCI总线进行通讯；可选择基于图像信息的CPU、基于运动信息的CPU或基于音频信息的CPU，因此，本控制器具有模块化强、可扩展性好、实时性高、易重构的特点。图2给出了规划级CPU13的结构框图，其由数字信号处理芯片130、数据存储/读取单元131、信息融合单元132、决策单元133、网络、总线单元134、系统配置单元135、电源单元136和复位、晶振电路137组成。数字信号处理芯片130通过决策单元133连接信息融合单元132，数字信号处理芯片130还与数据存储/读取单元131、网络、总线单元134、系统配置单元135、电源单元136和复位、晶振电路137之间连接。以下分别介绍:信息融合单元132通过接收网络、总线上的传感系统数据，运用并行信息融合结构，采用一定的信息融合手段，如嵌入约束法、证据组合法、人工神经网络法等对各种传感器进行信息融合，得到机器人周围运行环境、本体运行状态及目标信息，并将该信息输出至决策单元；决策单元133根据输入的信息，对机器人进行规划，使机器人以期望路径、目标位置运动或完成信息采集任务等，并将决策得到的信息输出至各CPU，控制相应的传感系统或执行机构；网络总线单元134接收各传感器采集、控制CPU发送的传感器信息，发送传感器控制信息；系统配置单元135主要用于配置控制器的网络、总线通讯系统及传感器信息、采集CPU系统；数据存储/读取单元131用于保存、读取各种配置或运行、调试得到的数据；电源单元136用于提供24V、12V、5V、3.3V、-5V电源。图3给出了信息采集、控制级CPUlO的结构框图，其由数字信号处理芯片100、数据存储/读取单元101、控制、采集单元105、信息预处理单元104、网络、总线单元106、配置单元102、电源单元103和复位、晶振电路107组成。数字信号处理芯片100通过信息预处理单元104连接控制、采集单元105，数字信号处理芯片100还与数据存储/读取单元101、网络、总线单元106、配置单元102、电源单元103和复位、晶振电路107之间连接。以下分别介绍::网络、总线单元106接收规划级CPU13发送的控制信息，发送经过采集、预处理后的传感信息数据；控制、采集单元105主要用于控制传感器启动、停止或以规划的模式运行；信息预处理单元104将输入的传感器信息进行滤波、去噪预处理，并将提取的有效信息发送至网络、总线单元106 ;配置单元102主要用于初始化配置传感器，配置网络、总线；数据存储/读取单元101用于保存、读取各种配置或运行、调试得到的数据；电源单元103用于提供24V、12V、5V、3.3V、_5V电源给数字信号处理芯片100和复位、晶振电路107。其中，核心控制单元硬件包括数字信号处理芯片100与可编程逻辑器件通过数据总线、地址总线进行数据交互；核心控制单元接收电源模块输出的3.3V电压信号；数字信号处理芯片100读取数据存储/读取单元101保存的机器人控制相关数据；数字信号处理芯片100接收控制、采集单元105输出的模拟量信号，并通过AD转换电路进行模数转换；数字信号处理芯片100接收信息采集单元输出的电机正交编码信号，然后输出电机控制信号，实现闭环控制；可编程逻辑器件接收信息采集单元、可扩展单元输出的数字量信号，进行外部传感器信息融合与处理，然后输出传感器控制信号；数字信号处理芯片通过以太网、CAN总线或SCI总线接收网络通讯模块发送的控制信息，进行对机器人运动控制及传感器的控制，并将机器人当前运行状态发送至网络总线。本实用新型同时具备传感信息采集、融合功能，具备机器人运动控制、规划功能。此外，本实用新型还具有多种网络控制功能:具有基于总线型网络结构的CAN总线、有线/无线以太网以及SCI通讯功能。本多总线模块化机器人控制器可广泛应用于各种移动机器人系统中。以上诸实施例 仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴应由各权利要求限定。
权利要求1.基于多CPU的网络化机器人控制器，其特征在于，包括: 若干信息采集、控制级CPU，用于控制相应的传感器系统或执行机构，并采集传感器系统数据； 若干前级总线驱动芯片，把所述信息采集、控制级CPU的数据转换为通用标准格式的数据； 后级总线驱动芯片，连接所述若干前级总线驱动芯片的输出端，将所述通用标准格式的数据翻译为规划级CPU能识别的数据格式； 规划级CPU，连接所述后级总线驱动芯片的输出端。
专利摘要本实用新型公开了基于多CPU的网络化机器人控制器，其特征在于，包括若干信息采集、控制级CPU，用于控制相应的传感器系统或执行机构，并采集传感器系统数据；若干前级总线驱动芯片，把所述信息采集、控制级CPU的数据转换为通用标准格式的数据；后级总线驱动芯片，连接所述若干前级总线驱动芯片的输出端，将所述通用标准格式的数据翻译为规划级CPU能识别的数据格式；规划级CPU，连接所述后级总线驱动芯片的输出端。本实用新型同时具备传感信息采集、融合功能，具备机器人运动控制、规划功能。此外，本实用新型还具有多种网络控制功能具有基于总线型网络结构的CAN总线、有线/无线以太网以及SCI通讯功能。
文档编号G05B19/05GK202939452SQ20122011263
公开日2013年5月15日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者赵伟, 许春山, 王洪荣 申请人:上海英集斯自动化技术有限公司