基于DSP的雙足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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1 系統(tǒng)概述
雙足機(jī)器人每條腿設(shè)有5個(gè)自由度，這樣既可以實(shí)現(xiàn)基本的步行功能，又盡可能的簡化了控制變量，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，L1～L5分別對應(yīng)左腿髖側(cè)向、髖前向、膝前向、踝前向、踝側(cè)向關(guān)節(jié)電機(jī)，R1～R5對應(yīng)右腿。考慮到成本因素和驅(qū)動(dòng)性能，選用Maxon的EC-max系列三相無刷直流電機(jī)來驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)活動(dòng)，其中1號和5號電機(jī)選用EC-max35型，其他均為EC-max30型。受安裝空間所限，每條腿的運(yùn)動(dòng)控制器都為獨(dú)立的個(gè)體，各運(yùn)動(dòng)控制器通過主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制并可基于運(yùn)動(dòng)指令單獨(dú)完成動(dòng)作，類似于人類反射弧的原理，減輕主控計(jì)算機(jī)的工作量，加快反應(yīng)速度，主控計(jì)算機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器之間通過CAN總線來傳遞數(shù)據(jù)。
機(jī)器人雙足步行時(shí)，主控計(jì)算機(jī)根據(jù)運(yùn)動(dòng)周期向底層運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送運(yùn)行和停止等指令，完成對行走狀態(tài)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)運(yùn)算。單個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器由DSP處理和電機(jī)控制兩部分組成：DSP處理電路負(fù)責(zé)與主控計(jì)算機(jī)和傳感器之間交換各類信息、分析接收到的數(shù)據(jù)并運(yùn)算輸出相應(yīng)關(guān)節(jié)電機(jī)的控制信號；電機(jī)控制電路根據(jù)控制信號驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)動(dòng)作，達(dá)到要求的速度和角度，并對光電編碼器信號進(jìn)行處理，將執(zhí)行結(jié)果反饋給DSP形成閉環(huán)控制，保證執(zhí)行的精度。
數(shù)據(jù)處理器選用的是TMS320F2812，它擁有基于C／C++高效32位DSP內(nèi)核，提高了運(yùn)算的精度；時(shí)鐘頻率高達(dá)150 MHz，增強(qiáng)了系統(tǒng)的處理能力；集成了128 KB的FLASH存儲(chǔ)器、4 KB的引導(dǎo)ROM、數(shù)學(xué)運(yùn)算表以及2 KB的OTP ROM，改善了芯片應(yīng)用的靈活性；兩個(gè)事件管理器模塊為電機(jī)及功率變換控制提供了良好的控制功能；16通道高性能12位ADC單元提供了兩個(gè)采樣保持電路，可以實(shí)現(xiàn)雙通道信號同步采樣，適合整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器的開發(fā)需求，其代碼和指令與F24x系列完全兼容，更是保證了項(xiàng)目開發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可延續(xù)性。
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