[发明专利]一种基于容错策略的球形机器人控制系统设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人设计方法，具体涉及一种基于容错策略的球形机器人控制系统设计方法，属于智能产品技术领域。

背景技术

自HALMEA等于1996年首次研制出球形机器人以来，控制系统一直被视为球形机器人研究领域的关键问题，球形机器人结构的特殊性和控制方法的复杂性使目前的研究内容主要集中在动力学分析与建模和运动控制与规划策略的设计等方面，而关于如何设计可靠的、安全的控制系统以降低系统运行时的故障率的研究却少有涉及；迄今为止，自主机器人的控制体系主要有三种典型的结构：基于功能分解和分层递阶的控制结构、基于行为控制的反应式控制结构和基于规划和反应的混合式控制结构；分层递阶式体系结构控制结构层次清楚，较好地解决了系统性能和控制精度的问题，但需要对外界环境进行全面的感知和精确的建模；反应式控制结构中系统的各个层次均具有独立的环境感知能力，对环境具有良好的鲁棒性和适应性，但缺少全局性的指导与协调。

发明内容

（一）要解决的技术问题

为解决上述问题，本发明提出了一种基于容错策略的球形机器人控制系统设计方法，采用基于规划和反应的混合式控制结构设计方法设计球形机器人的控制系统，将信息处理模块与电动机控制结合起来，上层采用有意识规划，底层采用基于行为的电动机控制，构成一个递阶式的控制结构。

（二）技术方案

本发明的基于容错策略的球形机器人控制系统设计方法，包括以下步骤：

第一步：针对球形机器人控制系统复杂性和结构特殊性，提出球形机器人控制系统的设计方法，并将控制问题分解为八个局部控制器，这些局部控制器的集合构成球形机器人的控制系统，而且局部子控制器相互之间具有通信和信息交互的能力，在任务分配和协作方面具有自主性；

第二步：基于提出的控制系统结构，研制球形机器人的嵌入式控制系统，研究各个组成部分之间的相互关系；

第三步：基于容错控制技术研制了冗余双备份伺服控制子系统，提高了球形机器人控制系统的可靠性；基于时间容错、信息容错和监控软件技术设计了软件系统；试验结果表明基于容错策略设计的球形机器人控制系统是有效的、可行的。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明的基于容错策略的球形机器人控制系统设计方法，采用基于规划和反应的混合式控制结构设计方法设计球形机器人的控制系统，将信息处理模块与电动机控制结合起来，上层采用有意识规划，底层采用基于行为的电动机控制，构成一个递阶式的控制结构。

具体实施方式

一种基于容错策略的球形机器人控制系统设计方法，包括以下步骤：

第一步：针对球形机器人控制系统复杂性和结构特殊性，提出球形机器人控制系统的设计方法，并将控制问题分解为八个局部控制器，这些局部控制器的集合构成球形机器人的控制系统，而且局部子控制器相互之间具有通信和信息交互的能力，在任务分配和协作方面具有自主性；

第二步：基于提出的控制系统结构，研制球形机器人的嵌入式控制系统，研究各个组成部分之间的相互关系；

第三步：基于容错控制技术研制了冗余双备份伺服控制子系统，提高了球形机器人控制系统的可靠性；基于时间容错、信息容错和监控软件技术设计了软件系统；试验结果表明基于容错策略设计的球形机器人控制系统是有效的、可行的。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。