[发明专利]一种外骨骼机器人控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种外骨骼机器人控制系统及方法。

背景技术

外骨骼机器人是指套在人体外面的机器人，也称“可穿戴的机器人”。

外骨骼本来是指昆虫或甲壳类动物身体外表的骨骼，具有支持和保护作用。很早就有科幻小说提及穿戴在人体外表、具备动力的特殊装甲，借以提高人类的战斗力，这样的装备即被称作外骨骼机器人。它是一种可以让人穿戴的人机一体化智能机械装置，它将人类的智力和机器人的“体力”有机结合在一起，扩展人体下肢部位的运动能力，增强人体的下肢肢体功能，对军事领域和医疗领域有着十分重要的影响。

在外骨骼机器人系统中由于涉及到控制整个设备，通常采用总线式的控制结构，而CAN总线是也是很多控制系统的选择。

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)的简称，是ISO国际标准化的串行通信协议，它是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，也是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议，专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于机器人，汽车等领域。

外骨骼机器人系统，是包含了多个执行器，多个传感器的复杂控制系统，应用层对数据的操作十分频繁，这些操作之中有对传感数据的读取，和对执行机构的控制，而且操作具有实时性，这就对上层通信协议有着较高的要求，通信协议既要保证数据的稳定，快速的传递，又要给程序的应用层提供良好的接口。

一般的CAN总线控制系统并没有对上层的通信协议进行规定，本身需要开发人员自己制定上层的通信协议。由于外骨骼机器人系统包涵执行机构和传感器的数量较多，控制周期又比较短，外骨骼机器人对通信层有着较高的要求。当前市场上相关的产品大部分没有提及这一模块的实现方法。

发明内容

（一）要解决的技术问题

一般的CAN总线控制系统并没有对上层的通信协议进行规定，本身需要开发人员自己制定上层的通信协议。由于外骨骼机器人系统包涵执行机构和传感器的数量较多，控制周期又比较短，外骨骼机器人对通信层有着较高的要求。当前市场上相关的产品大部分没有提及这一模块的实现方法。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种外骨骼机器人控制系统，其包括上位机和至少一个目标下位机。

其中，上位机包括主控数据处理器，用于上位机数据表的建立和编辑；目标下位机包括被控数据处理器，用于目标下位机数据表的建立和编辑；数据采集模块，用于采集目标下位机更新的状态数据；执行模块，用于控制外骨骼机器人。

其中，被控数据处理器分别连接主控数据处理器、数据采集模块和执行模块。

其中，被控数据处理器有数据表编辑单元，数据开始传输前，在单元中创建一张初始数据表，上位机在主控数据处理器创建与其对应的初始数据表，并形成数据链表。

其中，主控数据处理器和所述的被控数据处理器的数据表中的条目名称相同，条目中的内容可以不相同。

本发明还提供了一种通过外骨骼机器人控制系统实现的控制方法，其步骤为：

1）上位机的主控数据处理器将指令通过数据表的形式传输给目标下位机的被控数据处理器；

2）目标下位机的被控数据处理器将接收到的数据更新后，转换为指令传输给执行模块；

3）执行模块根据目标下位机被控数据处理器传来的指令操作外骨骼机器人；

4）外骨骼机器人有新的动作时，数据采集模块开始工作，采集外骨骼机器人新的状态数据上传给目标下位机被控数据处理器；

5）目标下位机被控数据处理器将来自数据采集模块的信息更新后，通过数据表的形式传输给主控数据处理器；

6）主控数据处理器根据从目标下位机的被控数据处理器接收到的数据进行计算，得出新的指令，通过数据的形式传输给更新后的目标下位机被控数据处理器；

其中，步骤1）之前，系统需要自检，系统自检的内容为：检查系统所需要的设备是否都已安装完成，如果是，则自检完成；如果否，则显示设备缺失，并进入错误状态。

其中，数据表中的条目由索引值和内容构成。

其中，各模块之间的信息传输方式为CAN数据帧。

其中，CAN数据帧中的数据段8个字节的分配方式为：