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1、现代电子技术!2010年第9期总第320期测试∀测量∀自动化基于DSP的双足机器人运动控制系统设计曲凌(上海交通大学,上海200240)摘要:在仿人机器人研究领域,双足步行控制一直是其难点。主要介绍基于TI的DSP芯片TMS320F2812设计双足机器人的基本运动控制系统,围绕机器人腿部无刷直流电机的驱动进行优化设计。系统采用PWM进行电机调速,辅助以补偿参数,通过步态指令,验证电机运转的精确性、稳定性和系统的可操作性。电机调试为CCS仿真、步态规划和独立行走提供试验平台,使机器人能够实现步行功能。关键词:双足机器人;运动控制;无刷直流电机;D
2、SP中图分类号:TP23文献标识码:A文章编号:1004373X(2010)09014503MotionControlSystemofBipedWalkingRobotBasedonDSPQULing(ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China)Abstract:Bipedwalkingisoneofthedifficultiesinhumanoidrobotresearchfield.Thedesignofbipedhumanoidrobotsbasicmotioncont
3、rolsystembasedonDSPchipTMS320F2812isintroduced.ThemaincontentistooptimizethedrivedesignofDCbrushlessmotoronthehumanoidrobotslegs.ThesystemusesPWMtocontrolthemotorspeed,togetherwithcompensationparametersandwalkingcommandstovalidatetheprecision,stabilityandoperableofthecontrolsys
4、tem.ThemotordebuggingcanprovideanexperimentplatformforCCSsimulation,motorcommissioning,walkingprogrammingandindependentwalking,thefinaltargetistomaketherobotwalkingindependently.Keywords:bipedwalkingrobot;motioncontrol;brushlessmotor;DSP近年来,仿人机器人一直是自动控制领域研究的热右腿。考虑到成本因素和驱动性能,选用
5、Maxon的[4]点。在模仿人类进行迈步行走时,由于仿人机器人的重ECmax系列三相无刷直流电机来驱动关节活动,其心经常要处于中心线以外的区域,使得它的身体很难保中1号和5号电机选用ECmax35型,其他均为持站姿平衡,能够稳定地实现双足行走是仿人机器人研ECmax30型。受安装空间所限,每条腿的运动控制器[12][5]究的重点也是难点。人类需要大脑和肢体的相互配都为独立的个体,各运动控制器通过主控计算机进行合来协调动作,机器人需要的则是运动控制器和驱动装协调控制并可基于运动指令单独完成动作,类似于人类置的强大支持,尤其是运动控制器,需要有高效率
6、的芯反射弧的原理,减轻主控计算机的工作量,加快反应速片为基础,才能最迅速地采集数据、完成计算和发送指度,主控计算机和运动控制器之间通过CAN总线来传令。在本次设计中机器人关节使用的是大功率三相无递数据。刷直流电机,控制器采用TMS320F2812芯片,它是TI公司推出的一款针对控制领域做优化配置的数字信号处理器,器件上集成了多种先进的外设,为电机高速度和高精度控制提供了良好的平台。1系统概述双足机器人每条腿设有5个自由度,这样既可以实[3]现基本的步行功能,又尽可能的简化了控制变量,系统整体结构如图1所示,L1~L5分别对应左腿髋侧向、髋前向、膝前向、
7、踝前向、踝侧向关节电机,R1~R5对应图1系统结构图收稿日期:20091210145自动化技术曲凌:基于DSP的双足机器人运动控制系统设计机器人双足步行时,主控计算机根据运动周期向底层运动控制器发送运行和停止等指令,完成对行走状态的监控和数据运算。单个运动控制器由DSP处理和电机控制两部分组成:DSP处理电路负责与主控计算机和传感器之间交换各类信息、分析接收到的数据并运算输出相应关节电机的控制信号;电机控制电路根据控制信号驱动相应的电机动作,达到要求的速度和角度,并图2PWM信号产生原理对光电编码器信号进行处理,将执行结果反馈给DSP如果在寄存
8、器DBTCONx中设置了死区时间值,形成闭环控制,保证执行的精度。则相应事件管理
