[发明专利]一种多关节仿生机器人控制系统

权利要求书

1.一种多关节仿生机器人控制系统，其特征在于，所述系统包括：上位机、仿真器、USB转串口设备、主控制板、电机驱动板、驱动元件、电位器式传感器；

所述主控制板包括电源模块、复位模块、信号调理模块、蓝牙模块、主芯片模块、调试及串口接口模块；所述电源模块分别与所述复位模块、所述信号调理模块、所述蓝牙模块、所述主芯片模块、所述调试及串口接口模块连接，所述复位模块、所述信号调理模块、所述蓝牙模块、所述调试及串口接口模块均与所述主芯片模块连接；

所述电位器式传感器设置于仿生机器人的关节处，用于采集所述仿生机器人的关节角度数据；

所述主控制板用于将各个关节预期的轨迹曲线进行离散化处理，得到各个关节的N个离散的角度坐标，并将各个关节的N个离散的角度坐标转换为对应的N组脉冲信号并依次发送给电机驱动板；所述主控制板还用于接收所述电位器式传感器采集到的实际关节角度数据并通过所述蓝牙模块将所述实际关节角度数据传输给上位机；

所述上位机用于接收所述的实际关节角度数据，通过所述仿真器对所述主控制板进行调试，并通过USB转串口设备完成与所述主控制板的数据交互；

所述电机驱动板用于驱动所述驱动元件；

所述驱动元件用于驱动所述仿生机器人运动；

所述驱动元件为步进电机；

所述上位机与所述仿真器以及USB转串口设备双向连接，所述仿真器以及USB转串口设备还与所述主控制板双向连接，所述主控制板与所述电机驱动板连接，所述电机驱动板还与所述驱动元件连接，所述驱动元件还与所述电位器式传感器连接，所述电位器式传感器还与所述主控制板连接；

机器人控制系统启动后，主控制板对片上外设时钟、IO口、中断、AD采集、DMA进行初始化设置，初始化完成后，主控制板开始对电位器式传感器进行数据采集，采集到的AD数值经过滤波以及程序处理后，得到机器人各关节的实际关节角度数据，在将实际关节角度数据通过蓝牙模块传输至上位机之后，再将实际关节角度数据与主控制板中存储的零点坐标数据进行作差运算以此得到姿态复位信号，接着，主控制板将得到的姿态复位信号通过电机驱动板输出给驱动元件，等待机器人所有关节完成姿态复位后，机器人实现初始位置的姿态复位；此时，再次开启AD采集模块，同样经滤波及程序处理后，主控制板将采集到的实际关节角度数据通过蓝牙模块传输给上位机，根据给定的运动轨迹曲线，主控制板将给定的轨迹曲线进行数据离散化处理，并生成对应的N组离散角度坐标，主控制板将第一组离散角度坐标通过电机驱动板发送给驱动元件后，机器人各关节转至对应的坐标位置；等待机器人各关节转动完成后，再次开启AD采集模块，处理后再次获得新的实际关节角度数据，再将所述新的实际关节角度数据传输给上位机后，主控制板将所述的新的实际关节角度数据与所述第一组离散角度坐标进行算术运算，得到角度补偿值，此补偿值会与第二组离散角度坐标进行算术运算，并生成新的补偿后的第二组角度数据，之后，重复之前的步骤，最终机器人完成基于N组离散角度坐标的精确运动；

所述电源模块具体包括：第一电源模块、第二电源模块、第三电源模块；

所述第一电源模块用于生成VDD5V稳压电源，所述第二电源模块用于生成VDD3V3稳压电源，所述第三电源模块用于生成AVDD3V3稳压电源；

所述第一电源模块包括第一外接电源、第一电容C26、第一极性电容C22、第一稳压芯片U3、第一电感L1、第一二极管D2、第二极性电容C25、第二电容C23、第三电容C24、第四电容C27；所述第一电容C26的一端分别与所述第一稳压芯片U3的VIN端和所述第一极性电容C22的正极连接至第一外接电源VDD12V，所述第一电容C26的另一端分别与所述第一极性电容C22的负极、所述第一稳压芯片U3的ON/OFF端、所述第一稳压芯片U3的GND1端和所述第一稳压芯片U3的GND2端相连；所述第二极性电容C25的正极分别与所述第一稳压芯片U3的FB端、所述第二电容C23的一端、所述第三电容C24的一端、所述第四电容C27的一端和所述第一电感L1的一端连接至所述VDD5V稳压电源；所述第一二极管D2的阴极分别与所述第一电感L1的另一端和所述第一稳压芯片U3的OUT端连接；所述第二极性电容C25的负极分别与所述第一二极管D2的阳极、所述第二电容C23的另一端、所述第三电容C24的另一端、所述第四电容C27的另一端、所述第一稳压芯片U3的GND1端和所述第一稳压芯片U3的GND2端相连；

所述第二电源模块包括第二电感L3、第五电容C31、第六电容C32、第七电容C33、第八电容C34、第九电容C35、第三电感L2、第二稳压芯片U4；所述第二电感L3的一端与所述VDD5V稳压电源连接，所述第二电感L3的另一端分别与所述第五电容C31的一端、所述第六电容C32的一端和所述第二稳压芯片U4的INPUT端连接；所述第三电感L2的一端分别与所述第二稳压芯片的U4的OUTPUT端和OUTPUT1端连接，所述第三电感L2的另一端分别与所述第七电容C33的一端、所述第八电容C34的一端和所述第九电容C35的一端连接至所述VDD3V3稳压电源；所述第五电容C31的另一端、所述第六电容C32的另一端、所述第七电容C33的另一端、所述第八电容C34的另一端、所述第九电容C35的另一端和所述第二稳压芯片的U4的GND端相连；

所述第三电源模块包括第四电感L4、第五电感L5、第十电容C36、第十一电容C37、第十二电容C28、第十三电容C29、第十四电容C30、第三稳压芯片U5；所述第四电感L4的一端与所述VDD5V稳压电源连接，所述第四电感L4的另一端分别与所述第十电容C36的一端、所述第十一电容C37的一端和所述第三稳压芯片U5的INPUT端连接；所述第五电感L5的一端分别与所述第三稳压芯片U5的OUTPUT端和OUTPUT1端连接，所述第五电感L5的另一端分别与所述第十二电容C28的一端、所述第十三电容C29的一端和所述第十四电容C30的一端连接至所述AVDD3V3稳压电源；所述第十电容C36的另一端、所述第十一电容C37的另一端、所述第十二电容C28的另一端、所述第十三电容C29的另一端、所述第十四电容C30的另一端和所述第三稳压芯片U5的GND端均相接。