(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210604880.8 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 北京化工大 学 地址 100029 北京市朝阳区北三环东路15 号 (72)发明人 陈国华　王红杰　 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于CAN的仿人机器人多种类电机控制 系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于CAN的仿人机器人多 种类电机控制系统。 主要由一个仿人机器人包括 一个闭环步进电机、 四个CAN伺服电机和两个 RS485舵机组成， 还包 括工控机轨迹规划模 块、 运 动控制模块。 其中轨迹规划模块采用ROS机器人 系统进行轨迹信息处理。 轨迹规划模块与运动控 制模块使用TCP通信， 运动控制模块内部使用CAN 总线协议通信， 运动控制模块包括执行节点模 块、 反馈模块和转换模块， 执行节点模块负责轨 迹信息下发、 反馈模块负责收集总线上数据并反 馈上传， 且兼具步进电机控制器功能。 转换模块 负责将总线上指令转换成 RS485指令 。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 115056219 A 2022.09.16 CN 115056219 A 1.一种基于CAN的仿人机器人多种类电机控制系统， 其中包括三大层级： 工控机层级、 运动控制器层级、 执行机构层级， 其特征在于： 工控机层级主要负责电机运动轨迹生成， 该 层级功能包括不限于机器人正运动学分析、 逆运动学解、 运动规划等功能， 运动控制器层级 主要负责接 收工控机层级所发送轨迹信息， 下发至执行机构层级， 并收集执行结构层级信 息反馈至工控机层级， 执行机构层级主要负责接 收运动控制 器层级轨迹信息或指令， 执行 并反馈相应信息 。 2.根据权利要求1所述的一种基于CAN的机器人多种类电机控制系统， 其特征在于， 工 控机选用硬件平 台一般为PC， 不限于PC， 运动控制器层级包括三个控制节点： 执行节点、 反 馈节点、 转换节点， 执行节点与反馈节点采用STM32F4微控制器与外设模块， 转换节点采用 STM32F1微控制器与外 设模块构成， 执行机构层 级包括一个步进电机、 四个CAN伺服电机、 两 个RS485智能舵机 。 3.根据权利要求1所述的一种基于CAN的机器人多种类电机控制系统， 其特征在于， 工 控机层级与运动控制器层 级之间通信基于TCP进行， 运动控制器层级 各节点通信基于CAN总 线和同步信号线， 转换节点与舵机间采用RS485通信。 4.根据权利要求2所述的一种基于CAN的机器人多种类电机控制系统， 其特征在于， 运 动控制层级各节 点均使用FreeRTOS抢占式运行方式， 执行节 点任务具体为轨迹信息解析任 务、 周期发送轨迹任务、 同步信号 发送任务以及发送状态检测任务， 反馈节点任务具体为收 集电机信息任务、 周期反馈电机信息任务、 接 收步进电机轨迹任务以及步进电机运动控制 任务， 转换节点具体任务为接收舵机轨迹任务、 反馈舵机信息任务、 驱动舵机任务以及收集 舵机信息任务。 5.根据权利要求2所述的一种基于CAN的机器人多种类电机控制系统， 其特征在于， 执 行节点与反馈节点均采用LWIP协议栈实现TCP通信， 通信内容包括电机轨迹信息和电机状 态信息。 6.根据权利要求2所述的一种基于CAN的机器人多种类电机控制系统， 其特征在于， 反 馈节点同时承担向工控机层级反馈的任务和步进电机运动控制的任务。 7.根据权利要求2所述的一种基于CAN的机器人多种类电机控制系统， 其特征在于， RS485舵机为16位寄存器， 读取操作是将两个电机信息同时反馈， 共占用4个字节。 8.根据权利要求2所述的一种基于CAN的机器人多种类电机控制系统， 其特征在于， 执 行节点与反馈节点 为两个主节点， 可控制的从设备 可拓展。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115056219 A 2一种基于CAN的仿人机 器人多种类电机控制系统 技术领域 [0001]本发明应用于仿人机器人行业的电机运动控制领域， 涉及一种基于CAN的机器人 多种类电机协同运动控制系统。 背景技术 [0002]目前随着工业发展， 工业自动化越来越得到重视， 与之相关的机器人行业， 它集中 了电子信息、 机械工程、 计算机科学、 材料、 控制工程等多个学科于一身。 其中仿人机器人 受 到了越来越多的关注， 人机协同概念被人认可， 而运动控制系统是机器人控制技术的重点， 机器人运动控制具有复杂、 动态等特点， 仿人机器人具有多个自由度， 需要对多个驱动单元 进行控制， 以及传感器数据采集， 根据反馈信息对 执行机构进 行控制。 因此控制系统需要较 好的可靠性和实时性。 [0003]对于机器人控制系统而言， 有多种控制方式， 一是只采用MCU进行运动控制， 这种 方法成本低， 但受限于性能问题， 只适合于低速场景下， 而一般的采用多个MCU进 行控制。 二 是用PLC来实现， PLC的稳定性适合于工业场景， 其仅适合简单逻辑处理， 不适合复杂逻辑。 三是PC控制， 其中有几种方式， 一是单PC模式， 这种模式对PC的实时性有要求， 需要对其进 行实时补丁操作， 对开 发者能力要求高。 二是P C+PC， 分别负责非实时和实时任务， 有些浪费 计算资源。 三是PC+DSP， 将 部分插补工作放到DSP中处理， 对性能不高的  DSP要求较高。 四是 PC+分布式控制器方式， 这种方式是让PC连上总线， 每个机械关节都有相应处理器， 这种方 式效果良好， 但不 适合多种类电机的控制。 发明内容 [0004]本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷， 为了解决机器人的驱动单元采用不同 种类电机时协同运动控制问题。 提出了一种基于CAN总线的成本低、 移植难度低、 分布式控 制系统。 [0005]本发明方法是通过下述技术方案实现的： 一种基于CAN的仿人机器人多种类电机 控制系统， 包括轨迹生成模块、 运动控制模块和执行模块， 所述轨迹生成模块为可运行设备 模型并运动规划的P C， 运动控制模块为执行节点模块、 反馈模块和转换模块。 执行机构模块 包括一个闭环刹车57步进电机、 四个自带驱动器伺服电机和RS485舵机， 均可读取编码器获 得关节角度。 [0006]所述轨迹生成模块是运行ROS系统的工控机， 主要对机器人的模型进行计算、 运动 规划以及人机交 互功能。 [0007]所述执行节点模块， 包括STM32F4微控制器、 以太网接口、 CAN接口、 USART串口。 以 太网接口用于接收有轨迹生 成模块所产生的信息， 形成交互。 CAN接口用于连接到  CAN总线 中， 发送轨 迹信息至总线上， USART 串口用于调试 过程中的数据打印。 [0008]所述反馈模块， 包括STM32F4微控制器、 以太网接口、 CAN接口、 USART串口、 编码器 接口、 PWM接口和控制信号接口。 以太网接口用于反馈所述执行机构模块的信息。  CAN接口说　明　书 1/3 页 3 CN 115056219 A 3