一种双腿行走机器人的脚部控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开的一种双腿行走机器人的脚部控制系统，主控制器采用STM32F103RB芯片，结构上采用上、下位机分布式控制结构，包括上位机的主控制器和下位机的DSP，以及姿态传感器、柔性阵列力传感器、六维力/力矩传感器；该系统是模仿人类双腿行走具有复杂地面环境感知能力而设计的，左右两只脚采用对称设置；通过姿态传感器、柔性阵列力传感器、六维力/力矩传感器进行实时感知地面数据信息，具备对各种地面环境识别和脚部姿态获取、脚底与地面接触位置的实时感知和估计，使双腿行走机器人能够实时根据地面情况，精确地进行行走。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机器人
，尤其涉及一种双腿行走机器人的脚部控制系统。
技术介绍
距1962年世界第一个机器人的出现，机器人已走过五十多年的发展历史。五十多年来，机器人由工业机器人发展到智能机器人，成功成为了21世纪的高新技术之一，其研究范围广，涉及学科多，主要涵盖机械、电子、生物、传感器、驱动与控制等多个领域。然而双腿行走机器人的研究具有重要的科学意义和应用前景，双腿行走的步行单元部分本身具有非常丰富的动力学和运动学特性,它具有灵活的行走机构，可以随时走到需要的地方，包括一些普通人不易到达的地方，完成人指定或预先设置的工作。与工业机器人相比，其优越性体现在广阔的活动空间和工作空间。双腿行走是生物界难度最大的步行动作，但其步行性能却是其它步行结构所无法比拟的，因为脚部是双腿行走机器人本体支撑的基础，也是唯一与地面接触并发生相互作用的主要部件，其各种地面信息获取能力是机器人实现模仿人类动作的自然性及稳定行走控制的关键，使得人类步行运动与其他机构运动相比具有优越的移动性能和环境适应能力。但目前双腿行走机器人的控制系统结构复杂，成本高，特别是脚部感知系统难以满足双腿行走机器人的行走要求，很难具备对各种地面环境识别和腿部姿态获取、脚底与外界接触位置的实时感知和估计、有效支撑区域、地面反力以及姿态等信息的感知能力。因此，需要一种技术方案解决上述问题。
技术实现思路
针对以上现有技术的不足，本技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种双腿行走机器人的脚部控制系统，其结构简单，能对双腿机器人的行走进行有效感知，适应范围广，成本低，动作可靠。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案实现：一种双腿行走机器人的脚部控制系统，其特征在于：该系统采用上、下位机分布式控制结构，包括上位机的主控制器，下位机的左脚DSP、右脚DSP，以及左脚姿态传感器、右脚姿态传感器、左脚柔性阵列力传感器、右脚柔性阵列力传感器、左脚六维力/力矩传感器、右脚六维力/力矩传感器；所述主控制器为STM32F103RB芯片，其通过CAN总线控制器向下位机的左脚DSP、右脚DSP发送控制命令，通过左脚姿态传感器、右脚姿态传感器、左脚柔性阵列力传感器、右脚柔性阵列力传感器、左脚六维力/力矩传感器、右脚六维力/力矩传感器进行实时感知地面数据信息的采集并传输给左脚DSP、右脚DSP，使其按照通信协议通过CAN总线向主控制器进行数据传输；所述的主控制器分别与CAN总线控制器、电源模块电性连接，所述左脚DSP分别与CAN总线控制器、左脚反馈调节电路、左脚姿态传感器电性连接，左脚多路电压跟随器分别与左脚反馈调节电路、左脚柔性阵列力传感器、左脚六维力/力矩传感器电性连接，所述右脚DSP分别与CAN总线控制器、右脚反馈调节电路、右脚姿态传感器电性连接，右脚多路电压跟随器分别与右脚反馈调节电路、右脚柔性阵列力传感器、右脚六维力/力矩传感器电性连接。所述的左脚DSP、右脚DSP分别设置于脚部感知系统的中前部，脚底板上表面；左脚六维力/力矩传感器、右脚六维力/力矩传感器分别设置于脚部感知系统的中后部；左脚柔性阵列力传感器、右脚柔性阵列力传感器分别设置于脚底板上，采用粘结方式固定；左脚姿态传感器、右脚姿态传感器分别设置于左脚六维力/力矩传感器、右脚六维力/力矩传感器正前部，固定于脚底板上。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术公开的一种双腿行走机器人的脚部感知系统，主控制器采用STM32F103RB芯片，结构上采用上、下位机分布式控制结构，包括上位机的主控制器和下位机的DSP，以及姿态传感器、柔性阵列力传感器、六维力/力矩传感器；该系统是模仿人类双腿行走具有复杂地面环境感知能力而设计的，左右两只脚采用对称设置；通过姿态传感器、柔性阵列力传感器、六维力/力矩传感器进行实时感知地面数据信息，具备对各种地面环境识别和脚部姿态获取、脚底与地面接触位置的实时感知和估计，使双腿行走机器人能够实时根据地面情况，精确地进行行走。附图说明图1是本技术的组成结构示意框图。图2是本技术中反馈调理电路的电路示意图。图3是本技术的控制流程图。图中：1-主控制器、2-CAN总线控制器、3-左脚DSP、4-右脚DSP、5-左脚反馈调节电路、6-左脚多路电压跟随器、7-左脚姿态传感器、8-左脚柔性阵列力传感器、9-左脚六维力/力矩传感器、10-右脚反馈调节电路、11-右脚多路电压跟随器、12-右脚姿态传感器、13-右脚柔性阵列力传感器、14-右脚六维力/力矩传感器、15-电源模块。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。如图1所示，本技术提供的一种双腿行走机器人的脚部控制系统，该系统采用上、下位机分布式控制结构，包括上位机的主控制器1和下位机的左脚DSP3、右脚DSP4；以及左脚姿态传感器7、右脚姿态传感器12、左脚柔性阵列力传感器8、右脚柔性阵列力传感器13、左脚六维力/力矩传感器9、右脚六维力/力矩传感器14；该系统是模仿人类双腿行走具有复杂地面环境感知能力而设计的，左右两只脚采用对称设置；通过左脚姿态传感器7、右脚姿态传感器12、左脚柔性阵列力传感器8、右脚柔性阵列力传感器13、左脚六维力/力矩传感器9、右脚六维力/力矩传感器14进行实时感知地面数据信息采集并传输给左脚DSP、右脚DSP；所述主控制器1为STM32F103RB芯片，主要负责管理整个系统，用来处理图像信息及机器人当前运动情况，并通过CAN总线控制器2向下位机的左脚DSP3、右脚DSP4发送控制命令，而地面信息的感知数据的传输由下位机左脚DSP3、右脚DSP4按照预先定义的通信协议通过CAN总线向主控制器1进行数据传输。所述本技术的脚部感知系统是模仿人类双腿行走具有复杂地面环境感知能力而设计的，左右两只脚采用对称设置；其主控制器1、电源模块15设置于机器人体上，左脚DSP3、右脚DSP4分别设置于脚部感知系统的中前部，脚底板上表面；左脚六维力/力矩传感器9、右脚六维力/力矩传感器14分别设置于脚部感知系统的中后部；左脚柔性阵列力传感器8、右脚柔性阵列力传感器13分别设置于脚底板上，采用粘结方式固定；左脚姿态传感器7、右脚姿态传感器12分别设置于左脚六维力/力矩传感器9、右脚六维力/力矩传感器14正前部，固定于脚底板上。所述左脚姿态传感器7、右脚姿态传感器12是一个完整的三轴陀螺和三轴加速度计组成的惯性感应系统，通过SPI接口直接与左脚DSP3、右脚DSP4通信；所述左脚柔性阵列力传感器8、右脚柔性阵列力传感器13是一种测量自身敏感面与外界物体相互作用参数的感知装置，其输出为前脚掌和后脚跟各一路的两路模拟信号，模拟信号经过左脚多路电压跟随器6、右脚多路电压跟随器11之后，在经过左脚反馈调节电路5、右脚反馈调节电路10的放大、滤波、整形、调理之后，直接接与左脚DSP3、右脚DSP4片内ADC。所述左脚六维力/力矩传感器9、右脚六维力/力矩传感器14是一种能同时提供三维空间的全力信息的传感器，其输出的六路模拟信号，模拟信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双腿行走机器人的脚部控制系统，其特征在于：该系统采用上、下位机分布式控制结构，包括上位机的主控制器，下位机的左脚DSP、右脚DSP，以及左脚姿态传感器、右脚姿态传感器、左脚柔性阵列力传感器、右脚柔性阵列力传感器、左脚六维力/力矩传感器、右脚六维力/力矩传感器；所述主控制器为STM32F103RB芯片，其通过CAN总线控制器向下位机的左脚DSP、右脚DSP发送控制命令，所述的主控制器分别与CAN总线控制器、电源模块电性连接，所述左脚DSP分别与CAN总线控制器、左脚反馈调节电路、左脚姿态传感器电性连接，左脚多路电压跟随器分别与左脚反馈调节电路、左脚柔性阵列力传感器、左脚六维力/力矩传感器电性连接，所述右脚DSP分别与CAN总线控制器、右脚反馈调节电路、右脚姿态传感器电性连接，右脚多路电压跟随器分别与右脚反馈调节电路、右脚柔性阵列力传感器、右脚六维力/力矩传感器电性连接。

【技术特征摘要】
1.一种双腿行走机器人的脚部控制系统，其特征在于：该系统采用上、下位机分布式控制结构，包括上位机的主控制器，下位机的左脚DSP、右脚DSP，以及左脚姿态传感器、右脚姿态传感器、左脚柔性阵列力传感器、右脚柔性阵列力传感器、左脚六维力/力矩传感器、右脚六维力/力矩传感器；所述主控制器为STM32F103RB芯片，其通过CAN总线控制器向下位机的左脚DSP、右脚DSP发送控制命令，所述的主控制器分别与CAN总线控制器、电源模块电性连接，所述左脚DSP分别与CAN总线控制器、左脚反馈调节电路、左脚姿态传感器电性连接，左脚多路电压跟随器分别与左脚反馈调节电路、左脚柔性阵列力传感器、左脚六维力/力矩传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辰放，
申请(专利权)人：张辰放，
类型：新型
国别省市：辽宁;21