基于X86 機(jī)器人控制器平臺(tái)
X86 系統(tǒng)是經(jīng)典的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)了數(shù)十年的實(shí)際應(yīng)用和不斷的技術(shù) 升J，已達(dá)到了非常成熟穩(wěn)定的控制性能，目前工業(yè)控制領(lǐng)域、商用領(lǐng)域、辦公 領(lǐng)域、家用領(lǐng)域都大量使用基于X86 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外有很多機(jī)器人控制器 也是基于 X86 平臺(tái)，很多機(jī)器人開(kāi)發(fā)環(huán)境、功能軟件、設(shè)計(jì)工具等也都是基于 X86 平臺(tái)所構(gòu)建的，因此從為了滿足軟硬件的兼容性和承繼性方面考慮，研制了 基于X86 系統(tǒng)的機(jī)器人模塊化硬件平臺(tái)。
基于ARM的硬件平臺(tái)
嵌入式系統(tǒng)由于其尺寸小、可裁剪性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)靈活等特點(diǎn)在工業(yè)控制領(lǐng)域和 商用電子方面都已逐漸占據(jù)了優(yōu)勢(shì)地位，對(duì)于機(jī)器人控制而言，嵌入式系統(tǒng)相對(duì) 于傳統(tǒng)機(jī)器人控制器也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。而在嵌入式系統(tǒng)中 ARM 處理器具有低成本、低功耗、處理能力強(qiáng)、外部接口多等特點(diǎn)，已經(jīng)逐步成為嵌入式系統(tǒng)中的主流處理器，采用處理能力較強(qiáng)的新型ARM Cortex-A8處理器為核心，結(jié)合DSP 等其他處理器，設(shè)計(jì)了分布式機(jī)器人控制器，以提高其控制系統(tǒng)，降低控制器成本 。
一體化機(jī)器人模塊化關(guān)節(jié)
機(jī)器人模塊化關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)如圖2-8所示，主要包含以下幾大部分。
(1)殼體及支撐結(jié)構(gòu)；
(2)直流無(wú)刷伺服電機(jī)；
(3)旋轉(zhuǎn)編碼器(測(cè)速傳感器，實(shí)現(xiàn)相對(duì)位置環(huán)、速度環(huán));
(4)絕對(duì)編碼器(檢測(cè)絕對(duì)位置，無(wú)論是否掉電);
(5)電子剎車電路(利用繼電器選擇性短路電機(jī)A/B/C 相繞組線圈，在無(wú)機(jī) 械剎車的條件下實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng));
(6)伺服驅(qū)動(dòng)電路(實(shí)現(xiàn)伺服控制，內(nèi)置電流傳感器，實(shí)現(xiàn)電流環(huán)、過(guò)熱、 過(guò)流、過(guò)壓/欠壓等保護(hù)，并接出CAN 和 RS232 通信口);
(7)減速機(jī)構(gòu)總成(包含初J減速用齒輪組7-1和次J減速用諧波減速器7-2)
通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的ROS 通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)與實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)、實(shí) 時(shí)節(jié)點(diǎn)與非實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)之間的通信，并且傳遞符合ROS協(xié)議規(guī)范的消息,實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)掛載的外部設(shè)備進(jìn)行交互
移動(dòng)平臺(tái)的負(fù)載越大,對(duì)底盤結(jié)構(gòu)、 電機(jī)要求越高,成本顯著增加;機(jī)械臂的軸數(shù)與負(fù)載,軸數(shù)與負(fù)載價(jià)格通常越高;末端執(zhí)行器是定制化的復(fù)雜工具就成本高
機(jī)器人的大腦—主控制器,是機(jī)器人最核心的部件;機(jī)器人的眼睛、耳朵和觸角—傳感器,能夠根據(jù)環(huán)境的變化做出反應(yīng);機(jī)器人的足—驅(qū)動(dòng)器,機(jī)器人的手—執(zhí)行器
柔性關(guān)節(jié)將使機(jī)器人獲得更高的自由度,柔性關(guān)節(jié)因其吸能作用，對(duì)于機(jī)器人系統(tǒng)，特 別是移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)，具有防撞擊、防振動(dòng)等保護(hù)作用
(1)科學(xué)的目的。出于科學(xué)研究的需要(如仿生學(xué)研究的需要)而設(shè)計(jì)構(gòu)造柔性機(jī)器人系統(tǒng);(2)工程的目的。出于工程實(shí)踐的需要(如特定功能的需求及實(shí)現(xiàn))而設(shè)計(jì)構(gòu)造柔性機(jī)器人系統(tǒng)。
兩輪機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平衡控制問(wèn)題涉及兩個(gè)方面,一是“平衡”,即姿態(tài)平衡控制的問(wèn)題；二是“運(yùn)動(dòng)”,即運(yùn)動(dòng)軌跡控制的問(wèn)題;兩輪機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡控制問(wèn)題，是其行進(jìn)速度和行進(jìn)方向的控制問(wèn)題
底盤主要用于安裝或連接機(jī)體與輪系，攜帶和固定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);機(jī)體可裝載各種電子設(shè)備;輪系通過(guò)輪軸或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在底盤的左右兩側(cè)，分別由左電機(jī)和右電機(jī)驅(qū)動(dòng)
矩陣傳感器網(wǎng)絡(luò)就能夠提供物體形狀的復(fù)雜數(shù)據(jù),這種信息分析技術(shù)叫做形狀識(shí)別 ,采用壓電元件的矩陣傳感器,能夠獲得物體作用力形成的映像
微型開(kāi)關(guān)可能是接觸傳感器最經(jīng)濟(jì)和最常用的類型,護(hù)物體不受到過(guò)大的作用力;隔離式雙態(tài)接觸傳感器系統(tǒng)主要由雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)組成,重復(fù)度可達(dá)1μm, 分辨度為2 μm
金屬電阻型力覺(jué)傳感器測(cè)定電阻絲的阻值變化，就可知道物體的形變量，進(jìn)而求出外作用力;半導(dǎo)體型力覺(jué)傳感器的應(yīng)變系數(shù)可達(dá)100～200,尺寸小，靈敏度高，因而可靠性很高
由速度測(cè)量進(jìn)行推演,這種方法很難獲得滿意的測(cè)量結(jié)果;已知質(zhì)量的物體加速度所產(chǎn)生的力是可以測(cè)量的;與被測(cè)加速度有關(guān)的力可以為電磁力或電動(dòng)力,把方程式簡(jiǎn)化為對(duì)電流的測(cè)量問(wèn)題
直流測(cè)速發(fā)電機(jī)它傳送一個(gè)正比于受控速度的直接信號(hào)。這種傳感 器的選擇是由其線性度(可達(dá)0.1%)、磁滯程度、最大可用速度(達(dá)3000～8000r/min) 以 及慣量參數(shù)決定的
