[发明专利]一种模块化多功能机器人控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人控制器，具体地说是一种模块化、可扩展接口的多功能机器人控制器。

背景技术

机器人目前已被广泛应用于诸多领域，包括航空航天、工业制造、抢险救灾、机器人比赛以及科学研究和教育教学等领域，它是一个涉及机、电、控制、测量、信息、通讯、能源材料等学科的综合型科技产品。机器人种类繁多，功能复杂，作为一种代替人力劳动的设备和综合性的研究平台，它正在被各领域、各层次的爱好者、学习者和研究者所广泛接受。

控制器是机器人的控制核心，它通过采集外围各种传感器的状态值，并按照用户编写的程序和算法进行计算和处理，使机器人产生相应的预期操作，从而达到某种实际功能。目前采用较多的机器人控制器均具备较强特定功能，但其缺点在于其功能单一，不能够使机器人及控制系统具备较强的柔性，这就要求机器人控制器具备较多的功能和较强的扩展能力。

近年来，世界各大公司相继研发出高性能机器人，以法国“NAO”机器人为代表的人形机器人已发展到了较高水平，但其控制器专业性强，控制方法复杂，只能作为研究平台和表演机器人，很难执行其他复杂任务，这从另一方面说明了其控制器缺乏一定的柔性，因此也限制了其应用范围的扩展。

同时，国内一些机器人公司如北京某机器人公司推出的创意之星机器人套件，虽然其机器人具备某些模块化特性，如拥有下载调试模块、舵机模块、电机驱动模块等，但是这些模块游离于控制器之外，没有与控制器形成有机的整体，并且其控制器接口固定，不具备扩展性，模块间用数据线连接，稳定性差，限制了控制器的应用范围。因此，其控制器模块化程度和可扩展性很难满足柔性机器人控制器要求。

另外，现有机器人控制器编程环境一般都依赖于相应研发公司所开发的软件，只能对代码进行二次开发或表层开发，限制了使用者对控制器底层代码的重构，显然很难满足柔性机器人对控制器的需求。

因此，针对今后一段时期智能机器人及其智能控制系统的发展需求，开发一种高度模块化、丰富的可扩展功能模块、稳定的模块结构以及可底层编程的通用编程环境的高柔性机器人控制器，是目前急需迫切解决的技术难题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能实现多功能控制，又能实现模块化快速切换，且结构简单，模块扩展更换简便、易于编程和底层开发的模块化多功能机器人控制器。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种模块化多功能机器人控制器，控制器包括主控模块和接口部分，接口部分包括可扩展数字传感器接口模块、可扩展模拟传感器接口模块、可扩展模拟舵机接口模块、可扩展数字舵机接口模块、下载及仿真接口模块、外扩串行通讯模块、可扩展编码器快速接口模块、可扩展电机驱动接口模块和系统电源集中管理接口模块，接口部分的每个模块都设有数据接口和电源接口，在数据接口和电源接口之间设有静电屏蔽和电磁干扰屏蔽；主控模块通过光电隔离与接口部分各个模块的数据接口连接，接收各模块采集的数据，并向各模块发送指令，完成相应的程序指令任务；所述的系统电源集中管理接口模块中设有传感器供电检测模块、电机功率供电检测检测模块、电机驱动及编码器供电检测模块、舵机供电检测模块、通讯接口机下载供电检测模块和主控制模块供电及检测模块，在系统电源集中管理接口模块中设有微控制器，微控制器接收各个检测模块采集的各电源区域的工作电流和电压状态信息，并控制各个检测模块中保护电路的状态。

所述接口部分的各模块中分别集成有光电隔离器。

所述的可扩展编码器快速接口模块设有和扩展模块接口统一标准的编码器接口，所述接口部分的各个模块均设有与扩展模块接口标准统一的快速接口。

所述的外扩串行通讯模块，可扩展多个从机设备，并且支持标准协议通讯。

所述的外扩串行通讯模块还扩展有无线通讯模块，无线通讯模块与外设的远程在线监视模块通讯，向远程在线监视模块通讯传输控制器运行状态值，并显示于可视设备。

所述接口部分的各模块通过插接锁紧机构固定于控制器本体上。