仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、仿人機(jī)器人是工程上少有的高階、非線性、非完整約束的多自由度系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)靈活性，因此，為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、仿真技術(shù)、多傳感器融合、控制理論等研究提供了一個(gè)非常理想的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。由于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)直接決定了仿人機(jī)器人最終運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，其研究和開發(fā)也一直是仿人機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)難題。其中小型仿人機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)更有其特殊之處：必須考慮在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)眾多關(guān)節(jié)的控制、多個(gè)關(guān)節(jié)間協(xié)調(diào)并保證運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的尺寸和重量也有

2、更高的要求。 針對(duì)仿人機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳感裝置眾多的特點(diǎn)，本文綜合了集中式與分布式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，提出了一種改進(jìn)的仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由協(xié)同運(yùn)動(dòng)處理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊及四肢運(yùn)動(dòng)控制模塊組成。每個(gè)底層運(yùn)動(dòng)控制模塊內(nèi)包括關(guān)節(jié)控制器、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器和若干傳感器。該種結(jié)構(gòu)充分考慮了仿人機(jī)器人位置相鄰功能相近的關(guān)節(jié)間緊密耦合這一狀況，進(jìn)行了適當(dāng)?shù)墓δ芗?，既保留了分布式結(jié)構(gòu)智能靈活的優(yōu)點(diǎn)，又降低了數(shù)據(jù)通信負(fù)擔(dān)，從而更好地適應(yīng)于仿人機(jī)

3、器人的控制和傳感的要求。 在此基礎(chǔ)上，以高性能數(shù)字信號(hào)處理器DSP、專用電機(jī)控制模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊和正交解碼模塊等為核心完成了仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，配合軟件程序與控制算法的設(shè)計(jì)，提高單顆DSP芯片的控制能力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多路不同類型電機(jī)的控制及基于多總線的全方位數(shù)據(jù)通信。最終完成的系統(tǒng)通用性與擴(kuò)展性好，結(jié)構(gòu)更緊湊，也更易于實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)之間的耦合控制。 仿人機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了多關(guān)節(jié)協(xié)同控制實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此種系統(tǒng)