空間機器人模塊化關(guān)節(jié)控制器研究與設(shè)計.pdf

1、"模塊化設(shè)計"的概念最早由美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)提出,它是針對常規(guī)機器人設(shè)計方法提出的一種系統(tǒng)設(shè)計和建立的現(xiàn)代方法.采用模塊化方法設(shè)計的機器人系統(tǒng),具有重構(gòu)性好、冗余度高、結(jié)構(gòu)靈活、便于維護等優(yōu)點,因而廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域.隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字信號處理器(DSP)和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)成為高性能運動控制器的主要硬件平臺,為實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法提供了可靠的保障.DSP采用基于軟件的控制策略,適合實現(xiàn)控制復(fù)雜,運算精度要求高的控制任

2、務(wù);而FPGA則是基于硬件實現(xiàn)控制算法,適合實現(xiàn)需要大規(guī)模并行計算、但控制算法簡單、規(guī)則、運算精度要求較低的任務(wù).可見,這兩種方法具有很好的互補性,可以根據(jù)實際需要選擇.文中主要討論了關(guān)節(jié)控制控制系統(tǒng)的設(shè)計以及關(guān)節(jié)控制器的兩種實現(xiàn)方法,論文具體內(nèi)容如下:(1)介紹了模塊化關(guān)節(jié)的機械結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成,在簡化模型的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一體化關(guān)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng);針對關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動慣量變化等因素對關(guān)節(jié)性能的影響,設(shè)計了小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)節(jié)控制器.(2)介紹了

3、以Allegro公司的3936無刷直流電機驅(qū)動芯片為核心設(shè)計的功率放大電路.(3)在TI TMS320LF2407硬件平臺上,實現(xiàn)了基于DSP的模塊化關(guān)節(jié)控制器.軟件設(shè)計采用模塊化的設(shè)計思想,將軟件劃分為五個模塊:主程序模塊、檢測模塊、控制模塊、脈寬調(diào)制模塊以及通信模塊.(4)在XILINX XC2S200硬件平臺上,實現(xiàn)了基于FPGA的模塊化關(guān)節(jié)控制器.論文簡要介紹了FPGA的開發(fā)環(huán)境與設(shè)計流程.詳細描述了系統(tǒng)的各個電路模塊的設(shè)計:相