一种仿蛇型软体机器人控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种仿蛇型软体机器人控制系统，该控制系统包括整机控制器以及至少一个单体装置，整机控制器通过无线通讯装置与单体装置通讯连接；单体装置包括顺次连接的无线通讯电路、单体控制器、运动控制电路以及电机，单体装置内部还安装有供电电池以及用于实时监控供电电池使用状态的电池管理电路。一种仿蛇形软体机器人控制方法，包括建立单体装置的运动学和动力学模型步骤和建立整体的仿蛇形软体机器人的运动学和动力学模型步骤。本发明专利技术的有益效果为：通过应用该仿蛇型软体机器人控制系统和控制方法可以灵活控制仿蛇型软体机器人运动，使得仿蛇型软体机器人可以广泛应用于医疗器械、救灾等多个技术领域。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种仿蛇型软体机器人控制系统，该控制系统包括整机控制器以及至少一个单体装置，整机控制器通过无线通讯装置与单体装置通讯连接；单体装置包括顺次连接的无线通讯电路、单体控制器、运动控制电路以及电机，单体装置内部还安装有供电电池以及用于实时监控供电电池使用状态的电池管理电路。一种仿蛇形软体机器人控制方法，包括建立单体装置的运动学和动力学模型步骤和建立整体的仿蛇形软体机器人的运动学和动力学模型步骤。本专利技术的有益效果为：通过应用该仿蛇型软体机器人控制系统和控制方法可以灵活控制仿蛇型软体机器人运动，使得仿蛇型软体机器人可以广泛应用于医疗器械、救灾等多个
。【专利说明】
本专利技术涉及机器人
，具体涉及。
技术介绍
软体机器人技术是一项前瞻性的研究技术，在国内外都已经引起了相当广泛的关注，而传统的机器人主要是应用在工业的范围内，其本身的技术含量和成本比较高，不适用于日益增长的民用机器人领域的需求。仿蛇型软体机器人主要是通过模仿蛇的结构和型状，采用软体材料或者多个模块制成，它们具有很高的自由度和几乎连续型变的能力，此类机器人构成的末端执行器，能够到达空间中的任意一点，并且对压力具有低阻抗，因此，它具有传统机器人无法比拟的环境适应性等特点，甚至可以通过主动变型和被动变型相结合，可以进入狭小的空间，适应多变的环境。例如，可以作为新型的医疗器械，进入口腔、肛门、胃等身体部位，以减少传统器械给病人带来的痛苦；可以进入地震、核辐射场所等危险系数高的环境和非常复杂的地方进行搜救工作；可以制造为人类服务的机器人，使得机器人在与人类沟通的时候减少危险性。 申请人:曾经于欧盟软体机器人项目研究组工作多年，深入地了解了世界前沿课题的先进性，目前国内外各大科研机构都展开了相关的课题，然而，此类机器人的产品却寥寥无几，究其原因，广大的科学工作者只是集中在一种极高端的理论研究。随着电子产品的精密化、集成化和成本低廉化，其中很多的基础问题已经被解决，因此我们可以做到部分成果的产业化，希望在未来的软体机器人甚至服务机器人的产业化方向上起到一个先遣的作用，为新型的信息化产业在产业化方向做一个铺垫。这个方向的市场前景非常广阔，理由有三:1、信息和机器人技术的应用必将是下一次工业革命的核心力量；2、真正推动机器人大面积应用和流行的先导力量必将是基础的机器人和电子信息的模块的集成；3、新型柔性化，智能化的能够与人类共享工作空间，提供更好的服务质量的机器人产品已经是现阶段产品的迫切需求。中国现在正处于机器人发展的青壮年期，机器人已经涉足了各个行业，从削面机器人，到扫地机器人，从医疗机器人到，救灾机器人，这些元素已经深入人心，然而我们采用基于仿蛇型软体机器人和其控制方法作为新的思考切入点，希望能够衍生出各类相关产品并且引导行业的动态发展，具有划时代的新颖性和强烈的现实需求。
技术实现思路
为解决现有机器人控制系统复杂的技术缺陷，本专利技术设计出，实现了简化机器人控制系统的目的，同时也避免了普通机器人运动不够灵活，不易控制的缺陷。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:一种仿蛇型软体机器人控制系统，该控制系统包括整机控制器以及至少一个单体装置，整机控制器通过无线通讯装置与单体装置通讯连接；单体装置包括顺次连接的无线通讯电路、单体控制器、运动控制电路以及电机，单体装置内部还安装有供电电池以及用于实时监控供电电池使用状态的电池管理电路。上述整机控制器，是整个仿蛇型软体机器人的核心控制部件，对整个机器人实现监控。单体装置和整体机器人的运动学和动力学模型以及机器人的运动控制都通过整机控制器来实现，通过整机控制器计算出每个单体装置的运动轨迹和距离并通过无线通讯装置传递给各个单体装置的运动控制电路，从而达到控制效果。同时整机控制器还监视各个单体装置的运行状态、外部环境、控制指令等，确保蛇型机器人在可控可靠状态下运行。供电电池是整个仿蛇型软体机器人的能量来源，根据机器人的尺寸和设计要求选择电池容量。电池管理电路是对电池进行监控的电路，如电池剩余电量监视、充电电流和电压控制、电池环境监视等。优选的，无线通讯装置为W1-Fi通讯装置。上述W1-Fi通讯装置是仿蛇型软体机器人的神经，传递内部各单体装置运动的控制信号、运动状态数据、外部的控制指令等信号。优选的，无线通讯电路为W1-Fi电路。W1-Fi电路用于接收整机控制器的控制信号。优选的，运动控 制电路为采用无传感器的矢量控制技术的伺服驱动器，该伺服驱动器包括依次连接的整流器、滤波器、制动器、IPM逆变器、信号采集单元、模拟运算器以及DSP控制器；整流器的输出端通过辅助电源与DSP控制器的输入端相连接；DSP控制器的输出端与IPM逆变器的控制端相连接。伺服驱动器还包括连接在DSP控制器的输入端的保护电路。伺服驱动器还包括连接在DSP控制器的输出端的显示器和远程通讯装置；其中，远程通讯装置包括分别接入智能仪表和CAN网络的联网通讯单元和CAN通讯单元。运动控制电路采用参数自获得技术自动计算永磁同步电机的参数，如定子电阻Rs、d轴电感量Lc^Pq轴电感量Lq，并能通过单体控制器计算电机的转速和位置，实现仿蛇型软体机器人的精确控制。优选的，电机为正弦反电势的永磁同步电机。电机是仿蛇型软体机器人的动力来源，其高功率密度的优点能有效的减小机器人的体积和自身重量，使机器人更加灵活。一种仿蛇形软体机器人控制方法，包括以下步骤:(I)建立单体装置的运动学和动力学模型步骤，整机控制器计算出每个单体装置的运动学和动力学参数并通过无线通讯装置传递给各个单体装置的运动控制电路；(2)建立整体的仿蛇形软体机器人的运动学和动力学模型，在步骤(1)基础上，整机控制器对不同单体装置的运动学和动力学参数进行空间坐标变换，并转换到全局坐标系下，使各个单体装置的运动学和动力学参数可以转换到全局坐标，利用全局坐标统一实现仿蛇形软体机器人的不同构型和运动。进一步的，单体装置内部的运动学和动力学模型均采用并联模型；相邻单体装置间的运动学和动力学模型均采用串联模型。进一步的，建立单体装置的运动学和动力学模型步骤中，采用的运动学算法如下式:【权利要求】1.一种仿蛇型软体机器人控制系统，其特征在于，该控制系统包括整机控制器以及至少一个单体装置，整机控制器通过无线通讯装置与单体装置通讯连接；单体装置包括顺次连接的无线通讯电路、单体控制器、运动控制电路以及电机，单体装置内部还安装有供电电池以及用于实时监控供电电池使用状态的电池管理电路。2.根据权利要求1所述的仿蛇型软体机器人控制系统，其特征在于，无线通讯装置为W1-Fi通讯装置；无线通讯电路为W1-Fi电路。3.根据权利要求1所述的仿蛇型软体机器人控制系统，其特征在于，运动控制电路为采用无传感器的矢量控制技术的伺服驱动器，该伺服驱动器包括依次连接的整流器、滤波器、制动器、IPM逆变器、信号采集单元、模拟运算器以及DSP控制器；整流器的输出端通过辅助电源与DSP控制器的输入端相连接；DSP控制器的输出端与IPM逆变器的控制端相连接；伺服驱动器还包括连接在DSP控制器的输入端的保护电路；伺服驱动器还包括连接在DSP控制器的输出端的显示器和远程通讯装置；其中，远程通讯装置包括分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿蛇型软体机器人控制系统，其特征在于，该控制系统包括整机控制器以及至少一个单体装置，整机控制器通过无线通讯装置与单体装置通讯连接；单体装置包括顺次连接的无线通讯电路、单体控制器、运动控制电路以及电机，单体装置内部还安装有供电电池以及用于实时监控供电电池使用状态的电池管理电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑天江，余国民，余学渭，陈雷，叶朋伟，黄官仲，黄继超，
申请(专利权)人：郑天江，
类型：发明
国别省市：浙江;33