CN102637036A 说明书 2/4页 执行驱动器的信息传递。所述智能决策器与所述步态生成器通过双口RM连线，实现二者 之间的数据通信。所述执行驱动器采用以数字信号处理器为核心的无刷直流电机驱动器， 该驱动器自带无刷直流电机控制所需的PWM生成模块、光电编码器处理模块、模拟信号采 集模块等。 [0007]本发明的复合式仿生四足机器人控制器将分层递阶控制系统和分布式控制系统 有机结合，既能实现控制任务的合理分配，又能保证系统的完整性。其核心在于整个控制器 系统共划分为三个层级：决策层、规划层、执行层，每个层级由单CPU或多CPU构成。 [0008]本发明的决策层主要包括智能决策器和环境信息采集系统。智能决策器由内嵌实 时操作系统RT-Linux的ARM9构成，其主要功能模块包括传感器驱动模块，传感器数据融合 模块，决策算法模块，双口M驱动模块。所述的环境信息采集系统用于机器人工作环境信 息的采集，保证四足机器人具有一定自主运动能力。在该子系统中，视觉传感器用于实现四 足机器人前方可见域的三维重建，陀螺仪传感器用于实时获取机器人运动时的动态位姿参 数，超声波传感器用于测量机器人运动方向上障碍物的距离，音频传感器用于对机器人工 作环境的声音信息的采集，GS定位系统用于确定机器人的准确位置信息。各类传感器信 息参数通过相应的接口传输至智能决策器的传感器数据融合模块，经过信息融合算法，产 生决策算法模块所需的数据，最终获得相应的控制命令，该命令通过双口RAM驱动模块被 存储在双口RAM指定的决策命令地址空间内，以便步态生成器随时读取。 [0009] 本发明所述的规划层由FPGA芯片及相应的外设接口构成，主要负责根据决策命 令进行机器人运动步态的实时规划并协调与上下层之间的数据通信。步态生成器内部集成 了NiosII软核嵌入式处理器，利用SOPC Builder开发工具设计控制器的硬件系统，利用 QuartusII设计控制器的软件系统。步态生成器在决策层触发信号的引导下，对双口RAM决 策命令地址空间进行读取操作，获得决策指令；CPG网络解算模块根据相应的决策指令利 用数值求解算法进行解算，获得各关节运动指令；CAN总线控制器模块将运动指令封装为 CAN数据包后，放入总线通信层。基于FPGA的步态生成器通过充分发挥FPGA的并行数据处 理能力来提高机器人运动控制系统的稳定性和实时性。 [0010]本发明的执行层采用多个数字信号处理器DSP作为核心微处理器，采用高功率开 关驱动芯片构成电机驱动电路，主要负责实现对直流无刷电机的电流环、速度环、位置环的 三闭环控制。所述步态生成器通过CAN总线将关节运动指令传递给执行驱动器，执行驱动 器利用DSP片内集成的事件管理器模块产生PWM控制信号，实时控制电机的转动。电机编 码器输出信号为差分信号经过转换电路，再接入微处理器的光电编码器处理模块接口上， 实现对电机转速及位置信息的采集。在驱动电路接入采样电阻，对电机的电流进行采样，并 利用DSP内部的AD转换器将模拟量转化为数字量，提供给内核芯片，实现对电流环的控制。 [0011]本发明有益效果表现在：通过使用将分层递阶控制系统结构与分布式控制系统结 构有机结合的复合式控制系统结构，使整个控制器在保证构架与动物神经控制系统一致的 同时实现了系统高实时性，高可靠性，高稳定性，易于维护的要求。通过构建丰富的传感器 系统，使四足机器人能够实现自我感知、环境预测、自主蔽障等功能，提高机器人对复杂应 用环境的适应性。通过使用内嵌实时操作系统的ARM9,具有并行数据处理能力的FPGA以及 具有高速运算速率的DS构成整个控制系统，在各个环节提高了系统的实时性，为机器人 稳定运行提供了保障。采用双口RAM和CAN总线技术实现智能决策器、步态生成器、执行驱 4