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《液压驱动的四足机器人控制系统研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、2011年第1期液压与气动29液压驱动的四足机器人控制系统研究张鹏翔,廖启征,魏世民,郭磊TheresearchofcontrolsystemforquadrupedrobotwithhydraulicactuateZHANGPengxiang,LIAOQizheng,WEIShimin,GUOLei(北京邮电大学,北京100876)摘要:针对四足机器人采用液压驱动,且驱动单元较多等特点,首先分析液压系统,之后提出将机器人的控制系统分为两层,主控制系统和从控制系统。采用嵌入式控制器设计控制系统,主控制器采用S3C2240,从控制器采用LPC2210。关键词:四足机器人;液压驱动;
2、控制系统中图分类号:TH137文献标识码:B文章编号:10004858(2011)010029031引言70mm。电液伺服阀是液压系统中最重要的元件,能四足机器人与履带、轮式机器人相比,具有较强的将微弱的电信号转化为液压能,用以控制通过液压缸地形适应能力,能够通过山地,雪地等特殊地形。因的流量,从而控制机器人的运动。四足机器人一个腿此,四足机器人已成为机器人领域的研究热点。特别部的液压系统原理图如图1所示。机器人的所有液压是采用液压作为驱动,机器人拥有一定的负载能力,从缸均由同一个液压泵驱动。由于机器人为独立工作,而具有较大的使用价值。名为BigDog的四足机器人因此液压泵的动力
3、源为两冲程汽油机,考虑到冷却因为典型。素,液压系统的冷却形式为风冷。四足机器人主要是依赖分布于四条腿上的驱动单元来行走,其运动性能直接取决于液压系统性能。因此,液压系统是机器人系统中的重点部分。由于驱动单元为液压执行器件,只要能控制液压执行器件的运动,就可以决定四足机器人的整体运动。所以控制系统的设计需要考虑到液压系统的实际情况。四足机器人的每个腿部均有4个驱动,仅驱动控制就有16个,导致机器人的控制系统设计较为复杂。因此,机器人的控制系统分为两部分:主控制系统,用图1四足机器人液压系统原理图于机器人整体控制和外部通信;从控制系统,用于控制根据所选用伺服阀的情况,其电气接口主要有:电机器人
4、各腿部的运动和与主控制系统通信。二者通过源输入端(24V直流),控制信号输入端(10V),阀总线相连接。芯位置输出端(4~20mA电流),以及信号、保护接2液压系统研究地。因此,调节控制信号输入端的电压大小和极性,即四足机器人的液压系统主要包括液压泵,液压执可控制液压缸的流量和运动方向。由液压控制原理可行元件(液压缸),电液伺服阀,蓄能器,溢流阀和其他知,在开环情况下,即不把液压缸的位移作为反馈,通必要的附件。液压泵将外部动力能转化为液压能,驱动液压系统工作,为恒压变量泵,工作压力16MPa。收稿日期:20100706液压缸将液压能转换为机械能,用以驱动机器人行走,作者简介:张鹏翔
5、(1984),江西广丰人,硕士研究生,研究单活塞杆型,内径16mm,活塞杆径12mm,行程方向为机器人运动控制。30液压与气动2011年第1期过伺服阀只能控制液压缸的移动速度。为此,采用电的转动,采用光电编码器测量关节的转角。LPC2210硬位计测量液压缸的伸缩量,构成闭环。伺服阀的控制件资源配置如图3所示。采用PWM信号,阀芯的位移响应PWM信号的平均值,通过调节PWM信号的占空比,来控制伺服阀的控制输入电压。由于PWM信号包含一定频率的脉动量,使阀芯处于微振动状态,可减小伺服阀的滞环,静摩擦等负面影响。考虑伺服阀自身的动态特性,选择PWM信号的频率为11kHz。3控制系统硬件研究由引
6、言可知,四足机器人的控制系统分为两个部分。由于嵌入式系统具有体积小,重量轻,可靠性高等特点,因此主,从控制系统均采用嵌入式微处理器作为图3从控制系统硬件配置框图控制器。其中,主控制器为S3C2440芯片,从控制器为LPC2210芯片。考虑到芯片引脚的复用情况以及4控制系统算法研究控制器之间的实时数据交互,各控制器采用I2C总线主控制系统移植了嵌入式Linux操作系统,采用连接,控制系统原理图如图2所示:多线程处理机器人的整体控制。主要线程有:通信线程,通过通信端口接收外部的操作指令;传感器线程,接收机器人陀螺仪,六维力传感器输出数据;控制线程,根据通信线程和传感器线程所获得的数据,由四足
7、机器人的控制模型,计算出各腿部的运动指令;I2C线程,将控制线程所得运动指令通过I2C总线发送至从控制器,同时接收从控制器的返回数据;监控线程,监控液压系统的工作状况,如液压系统任意部件出现异图2四足机器人控制系统原理图常,使机器人停止运动。主控制系统是四足机器人的核心部分。S3C2240从控制系统中,接受主控制器的运动指令,根据当硬件连接方面:通过I2C总线与LPC2210连接,保持前腿部关节和液压缸的实
