DSP實現(xiàn)仿生機器蟹多關節(jié)控制系統(tǒng)

２．３ 步行足足端力信號檢測電路
　　為了實時獲得軀體相對于大地坐標系的位置和姿態(tài)信息，步行機器人必須通過大量的外部傳感器獲得諸如傾角、離地高度等信息。在機器蟹的步行足端部安裝了力傳感器，利用它檢測足端與物體（或地面）的接觸力大小，來判斷步行足是與外界物體發(fā)生碰撞還是接觸地面。通過設置碰撞力信號的閾值來判斷步行足是可以克服阻力按規(guī)劃路徑繼續(xù)運動，還是改變運動方式避開障礙，或從擺動相轉入支撐相。ＦＳＲ（Ｆｏｒｃｅ ＳｅｎｓｉｎｇＲｅｓｉｓｔｏｒｓ）是一種聚合體薄膜裝置，其電阻值大小與其活性表面所受正壓力大小成正比，這種力傳感器對力的敏感程度非常高。機器蟹足端ＦＳＲ檢測電路如圖５所示。無作用力時，ＦＳＲ阻值Ｒｓ約為５０ＭΩ，

　　晶體管導通，Ｖｏｕｔ輸出為低電平，接近于０Ｖ；當表面受力時，阻值Ｒｓ隨力的增加而減小，當Ｒｓ值滿足晶體管可靠截止條件時，Ｖｏｕｔ輸出高電平。要使晶體管截止?必須滿足以下條件： (Vcc%26;#183;Rs)/(R1+Rs)＜Ｖｂｅ，即Ｒｓ＜(Vbe%26;#183;R1)/(Vcc-Vbe)
　　３ 單步行足控制系統(tǒng)的軟件設計
　　在本文設計的機器蟹控制器中，采用分時集中方式和多ＣＰＵ的結構。步行足控制器采用分時集中方式，由一個ＣＰＵ對３條步行足的９個關節(jié)進行控制，ＣＰＵ可對各關節(jié)的反饋控制策略進行協(xié)調(diào)控制，完全由軟件確立各關節(jié)之間的耦合關系。而整個機器蟹的全局控制器結構為多ＣＰＵ結構，由３個步行足控制器（即３個ＣＰＵ控制單元）并聯(lián)成伺服控制層，并由一個中央控制ＣＰＵ協(xié)調(diào)控制。機器蟹步行足控制系統(tǒng)的單關節(jié)控制過程如圖６所示。由ＰＣ機（上位機）將每一個動作任務分解為各關節(jié)轉角，并每隔一個插補時間Ｔ１執(zhí)行一次上下位機指令，將下一個Ｔ１時間內(nèi)各指關節(jié)的目標轉角指令值發(fā)送給ＤＳＰ控制器（下位機）。ＤＳＰ控制器將插補時間內(nèi)的轉角按可控精度進行周期為Ｔ２的插補細分，細分后所得任務為各個關節(jié)電機控制中斷程序的實際目標指令，并在插補周期時間內(nèi)實現(xiàn)電機轉角位置伺服控制，從而完成步行足的運動控制。除此之外，控制系統(tǒng)軟件還包括步行足軌跡規(guī)劃運算、系統(tǒng)自檢和初始化、故障判斷、程序終止、力／位置信號采集處理等功能模塊。
　　本文以仿生機器蟹為設計對象，提出了基于ＤＳＰ的機器蟹多層多目標遞階控制系統(tǒng)方案，并對單步行足的軟、硬件設計做了詳細的闡述，為進一步實現(xiàn)自主式的仿生步行機構奠定了基礎。