遥操作平面冗余度机械臂自主避障智能单元、系统及方法

摘要

一种机械控制技术领域的遥操作平面冗余度机械臂自主避障智能单元、系统及方法。所述系统包括数据存储模块、微处理器、串行通讯接口、现场总线接口以及智能单元，智能单元针对每个轴电机设置，该智能单元采集该关节臂安装的红外距离传感器信息，通过传感信息测量值将关节臂状态分为正常、避障和停止状态：关节臂处于正常状态时，智能单元采用微处理器规划的速度指令控制驱动单元；关节臂处于避障状态时，智能单元采用增大与障碍距离的速度指令驱动控制单元；机械臂处于停止状态时，智能单元停止关节电机运动并将向运动协调模块发送关节臂状态。本发明可简化系统接线，使得当通过遥操作控制机械臂末端趋紧目标的同时可快速感知障碍并实现避障。

主权项

一种遥操作平面冗余度机械臂自主避障智能单元，其特征在于，包括现场总线接口、轴运动数据存储模块、数字信号处理器、运动控制及避障模块、高速脉冲输入接口、模拟量输出接口、数字量输出接口、数字量输入接口、模拟量输入接口、驱动单元、上表面红外距离传感器阵列、下表面红外距离传感器阵列，其中：数字信号处理器与现场总线接口之间通过地址及数据总线连接，用于接收微处理器传送的轴运动命令，并反馈轴运动指令及位置、速度及报警状态信息；数字信号处理器和高速脉冲输入接口电路之间通过数据总线连接，用于接收电机的编码器信号，反馈电机的位置、速度信息；数字信号处理器与模拟量输出接口之间通过数据端口连接，用于向驱动器提供速度指令；数字信号处理器与数字量输入接口、数字量输出接口之间通过GPIO端口连接，数字量输入接口用于接入原点、限位以及驱动器状态，数字量输出接口用于发送驱动器控制信号；数字信号处理器与模拟量输入接口之间通过数据端口连接，用于采集上表面红外距离传感器阵列和下表面红外距离传感器阵列感知的与环境的距离信息，模拟量输入接口实现信号放大、光电隔离、滤波及A/D转换；所述的轴运动数据存储模块，通过I2C总线与数字信号处理器连接，用于存储关节轴工作参数和避障策略；所述的驱动单元，用于驱动冗余度机械臂的关节运动，提供任意时刻电机的位置和速度信息，并接收数字信号处理器电机运动的速度指令；所述的上表面红外距离传感器阵列和下表面红外距离传感器阵列，感应方向垂直于关节臂外表面，红外距离传感器通过红外发送器以及位置感应器件获取与环境的距离，并以模拟量的形式体现，并通过模拟量输入接口接入数字信号处理器；所述运动控制及避障模块运行于数字信号处理器中，用于综合避障系统微处理器的轴运动命令和避障策略，运动控制及避障模块计算轴的运动速度，并根据轴运动数据存储模块中设置的碰撞预警阈值将关节轴分为三种运动状态，正常状态、避障状态以及停止状态，同时还将计算的轴运动速度通过数字信号处理器的模拟量输出端口发送到驱动单元的驱动器，并通过数字信号处理器的高速脉冲接口反馈电机转速，构成速度闭环，从而实现轴的运动。