仿人機器人運動控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、仿人機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)，具有強大的運動靈活性，因此，為機器人的運動學(xué)、動力學(xué)、仿真技術(shù)、多傳感器融合、控制理論等研究提供了一個非常理想的實驗平臺。由于運動控制系統(tǒng)直接決定了仿人機器人最終運動表現(xiàn)，其研究和開發(fā)也一直是仿人機器人研究領(lǐng)域的一個重點難題。其中小型仿人機器人的運動控制系統(tǒng)更有其特殊之處：必須考慮在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)眾多關(guān)節(jié)的控制、多個關(guān)節(jié)間協(xié)調(diào)并保證運動的實時性，同時對系統(tǒng)的尺寸和重量也有

2、更高的要求。 針對仿人機器人驅(qū)動機構(gòu)和傳感裝置眾多的特點，本文綜合了集中式與分布式系統(tǒng)的優(yōu)勢，提出了一種改進的仿人機器人運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由協(xié)同運動處理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊及四肢運動控制模塊組成。每個底層運動控制模塊內(nèi)包括關(guān)節(jié)控制器、關(guān)節(jié)驅(qū)動器和若干傳感器。該種結(jié)構(gòu)充分考慮了仿人機器人位置相鄰功能相近的關(guān)節(jié)間緊密耦合這一狀況，進行了適當(dāng)?shù)墓δ芗校缺Ａ袅朔植际浇Y(jié)構(gòu)智能靈活的優(yōu)點，又降低了數(shù)據(jù)通信負擔(dān)，從而更好地適應(yīng)于仿人機

3、器人的控制和傳感的要求。 在此基礎(chǔ)上，以高性能數(shù)字信號處理器DSP、專用電機控制模塊、功率驅(qū)動模塊和正交解碼模塊等為核心完成了仿人機器人運動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計，配合軟件程序與控制算法的設(shè)計，提高單顆DSP芯片的控制能力，從而實現(xiàn)對多路不同類型電機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)通用性與擴展性好，結(jié)構(gòu)更緊湊，也更易于實現(xiàn)關(guān)節(jié)之間的耦合控制。 仿人機器人實驗平臺上進行了多關(guān)節(jié)協(xié)同控制實驗，實驗結(jié)果表明此種系統(tǒng)