DSP實現(xiàn)仿生機(jī)器蟹多關(guān)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(biāo)系的位置和姿態(tài)信息，步行機(jī)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(jī)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(shè)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(zhuǎn)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(jī)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(dǎo)通，Ｖｏｕｔ輸出為低電平，接近于０Ｖ；當(dāng)表面受力時，阻值Ｒｓ隨力的增加而減小，當(dāng)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)
　?。?單步行足控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
　　在本文設(shè)計的機(jī)器蟹控制器中，采用分時集中方式和多ＣＰＵ的結(jié)構(gòu)。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(guān)節(jié)進(jìn)行控制，ＣＰＵ可對各關(guān)節(jié)的反饋控制策略進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，完全由軟件確立各關(guān)節(jié)之間的耦合關(guān)系。而整個機(jī)器蟹的全局控制器結(jié)構(gòu)為多ＣＰＵ結(jié)構(gòu)，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(jī)器蟹步行足控制系統(tǒng)的單關(guān)節(jié)控制過程如圖６所示。由ＰＣ機(jī)（上位機(jī)）將每一個動作任務(wù)分解為各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，并每隔一個插補(bǔ)時間Ｔ１執(zhí)行一次上下位機(jī)指令，將下一個Ｔ１時間內(nèi)各指關(guān)節(jié)的目標(biāo)轉(zhuǎn)角指令值發(fā)送給ＤＳＰ控制器（下位機(jī)）。ＤＳＰ控制器將插補(bǔ)時間內(nèi)的轉(zhuǎn)角按可控精度進(jìn)行周期為Ｔ２的插補(bǔ)細(xì)分，細(xì)分后所得任務(wù)為各個關(guān)節(jié)電機(jī)控制中斷程序的實際目標(biāo)指令，并在插補(bǔ)周期時間內(nèi)實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)器蟹為設(shè)計對象，提出了基于ＤＳＰ的機(jī)器蟹多層多目標(biāo)遞階控制系統(tǒng)方案，并對單步行足的軟、硬件設(shè)計做了詳細(xì)的闡述，為進(jìn)一步實現(xiàn)自主式的仿生步行機(jī)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。