基于DSP的HITIV型双足机器人关节控制器的研究

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1、摘要仿人双足步行机器人技术是一门集仿生学、机械学及控制工程等多学科融合交汇的综合性学科，不仅涉及到非线性、基于多传感器信息融合和图像处理等技术，而且还囊括了复杂机电系统的建模、数字仿真及混合系统的控制等方面的技术，是当代机器人研究领域中重要的分支，可以反映一个国家综合技术实力的强弱。中国要成为现代化的工业国家，发展机器人，尤其是双足步行机器人是十分必要的。双足机器人实现实时稳定行走的关键是关节控制器的设计。随着微电子技术的发展，伺服系统所用的微处理器的性能不断提高。近年来，数字信号处理器(DSP)己经成为信号处理系统开发的主流处理器，

2、广泛地应用于许多领域。由于数字信号处理器具有:(I)高速运算能力使很多复杂的控制算法和功能得以实现;(2)将实时处理能力和控制的外设功能集于一身的优点，所以它在位置控制中越来越被广泛应用。本文设计了一种基于数字信号处理器TMS320LF2407DSP的关节运动控制器，主要包括以下内容:首先，讨论了HIT-IV型机器人系统的设计，主要包括机械系统的设计和控制系统的设计两部分;建立了HIT-1v机器人数学模型，包括建立关节坐标系，确定各杆件参数，推导了运动学和动力学方程:简单介绍了三种机器人控制策略:行走分级递阶控制、地面反力的柔顺控制和

3、ZMP控制。然后，设计了HITIV型双足机器人的关节控制器的硬件系统。整个控制器可以分为三个部分:基于DSP的控制器目标板的设计，基于SA60的PWM功率放大器的设计以及驱动电机和码盘的选用。整个设计可以有效地完成机器人关节的运动控制和精度要求。最后，采用模块化的设计思想，详细设计了机器人关节控制系统的软件实现。本文以单关节为例，编写了一整套的控制软件程序，包括AD转换、PID算法、控制信号输出和码盘信号反馈，很好地完成了HIT-IV机器人关节直流电机的闭环控制。关键词双足机器人;关节控制器;数字信号处理器(DSP):功率放大器哈尔滨

4、工业大学工学硕士学位论文AbstractThetechnologyofhumanoidbipedrobotisamulti-disciplinesyntheticscience,whichisconstitutedbybionics,mechanicsandcontrolengineering.Itinvolvesnotonlytheknowledgeofnon-linear,multi-sensorinformationfusionandimageprocessing,butalsothetechnologiesofthemodel

5、ingofcomplexelectromechanicalsystem,digitalsimulationandmixedsystemcontrolling.Bipedrobotisoneoftheimportantbranchesinresearchfields,whichcanreflectonecountry'stechnologicstrength.Therefore,itisespeciallynecessaryforChinatodevelopthebipedrobotindustryinordertobecomeamod

6、ernindustrialcountry.Thedesignofjointcontrollerisverycriticalforbipedrobottowalkreal-timelyandstably.Withthedevelopmentofmicroelectronicstechnology,theperformanceofmicroprocessorusedbyservosystemisimprovedcontinuouslyTheseyears,DigitalSignalProcessor(DSP)hasbecomeaprima

7、ryprocessorofsignalprocessingsystemandbeenwidelyappliedinmanyfields.DigitalSignalProcessorhasthetwofollowedadvantages:(1)Rapidcalculatingcapabilitywhichcanrealizecomplexcontrolalgorithmsandfunctions;(2)Combiningreal-timeprocessingabilityandcontrollingperipheralfunction,

8、soitisextensivelyusedinpositioncontrolsystem.ThispaperdesignsajointmovingcontrollerbasedonTMS320LF2407DSP,itsm