[发明专利]一种基于时间硬同步的机器人底盘控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于时间硬同步的机器人底盘控制系统及方法，该系统及方法基于内嵌FPGA+ARM核的高速处理SOC芯片搭载所有传感器，实现整个底盘控制系统算法。相比FPGA+ARM的异构分离方案，本发明可进一步提高系统的集成度以及通信互联速率。借助FPGA高效强大的并行处理能力，可实时处理所有传感器的数据请求及响应；同时，在FPGA内构建全局时钟模块，FPGA在处理传感器数据时根据时钟模块自动标注时间戳，将所有的传感器数据组装成帧发送至ARM核内。ARM负责逻辑协议解析及控制进程调度，起承上启下的作用，进行下位机网络通信协议的封装、上传及上位机下达指令的解析、任务调度。本发明确保机器人底盘控制系统控制能够有效解决数据传输延时问题，具备良好的应用前景。

技术领域

本发明属于自动化控制领域，具体涉及一种基于时间硬同步的机器人底盘控制系统及方法。

背景技术

随着工业4.0的发展，医疗、工业、电力、农业、公安等各个行业涌现了各种类型的机器人，机器人的需求量也出现了井喷的状态。而，底盘是机器人平稳、鲁棒运行的核心部件。现有的机器人的底盘，均考虑在控制系统内基于ARM的STM32芯片作为控制中枢，实现对底盘的控制。因其成本低廉，开发便捷，生产周期较短，已得到的广泛的应用。

随着工业环境的复杂度逐步提高、工业的监测和探测需求日益增强，意味着机器人作业所需搭载的传感器的数量增多，而基于ARM的串行控制总线虽然控制流程简单，但是在应对众多传感器的数据请求时，存在延时不确定、请求无法及时响应等缺陷，进而导致出现控制精度低、卡顿等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术在应对众多传感器的数据请求时，存在延时不确定、请求无法及时响应的缺陷，提供一种基于时间硬同步的机器人底盘控制系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于时间硬同步的机器人底盘控制系统，包括：内嵌ARM处理器和FPGA的控制处理模块，以及电性连接到所述ARM处理器的上位机；

多个传感器挂载到FPGA，由FPGA实时处理所有传感器的数据请求及响应；其中，采用时间硬同步技术根据请求数据的读取时刻，为每项请求数据标记时间戳，再依次进行组帧、封装操作后，将封装后的数据传输到ARM处理器；其中：

在组帧的时候，将数据帧格式的首尾分别设为帧头和校验；将每帧的起始位置记为时间戳的基准时间，且，每个传感器的数据后紧跟该传感器数据的时间戳相对基准时间的偏差，记为时偏，每个传感器对应一个时偏；

由所述ARM处理器上传至上位机进行汇总、分析和处理后，输出响应指令，并经由所述ARM处理器下发响应指令到FPGA；由FPGA执行上位机下发的响应指令，控制传感器的执行响应动作，其中：

当封装后的帧数据经由ARM处理器上传到上位机后，基于上位机内设置的处理程序，将基时间加上各自的时偏，即得到各个传感器本身时间戳的绝对值；当前，即可通过上位机有效的对各个传感器的上传数据进行实时控制。

本发明公开的一种根据上述的基于时间硬同步的机器人底盘控制系统实现机器人底盘控制方法，包括以下步骤：

S1、启动机器人底盘控制系统，由FPGA实时处理所有传感器的数据请求；

S2、在FPGA读取到请求数据时，利用所述全局时钟模块来获取请求数据的读取时刻；

S3、所述传感器数据处理及时间戳标记模块采用时间硬同步技术，根据请求数据的读取时间，来为每项请求数据标记时间戳，并依次进行组帧、封装操作；其中：

在组帧的时候，将数据帧格式的首尾分别设为帧头和校验；将每帧的起始位置记为时间戳的基准时间，且，每个传感器的数据后紧跟该传感器数据的时间戳相对基准时间的偏差，记为时偏，每个传感器对应一个时偏；