仿生液压四足机器人伺服控制器设计.pdf

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1、新器件新技术仿生液压四足机器人伺服控制器设计牛锴’，罗庆生，李超。司世才(1．北京理工大学机电学院，北京100081；2．北京理工大学机械与车辆学院)摘要：本文结合仿生液压四足机器人的研发指标，设计了基于STM32F405的分布式电液伺服控制器。控制器伺服总线基于双CAN总线设计，将控制指令总线和状态反馈总线独立分离，并基于CAN总线通信协议设计了单帧伺服指令。设计了纯数字伺服阀驱动电路，使用PWM驱动MOSFET全桥方式实现。实验结果证明，仿生液压四足机器人电液伺服控制器符合预期的性能指标要求，达到预想的设计效果。关键词：仿生液压四足机器人；电液伺服；CAN总线；自适应P

2、ID；STM32F405中图分类号：TP242．6文献标识码：AServoControllerofHydraulicDrivenBionicQuadrupedRobot~NiuKai，LuoQingsheng~，LiChao，SiShicai(1．SchoolofMechatronicalEngineering，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China；2．SchoolofMechanicalandVehicularEngineering，BeijingInstituteofTechnology)Abstract：Th

3、epaperdesignsadistributedelectro—hydraulicservocontrollerbasedonSTM32F405，combiningwiththeparametersofhy—draulicdrivenbionicquadrupedrobot．TheservobusisdesignedbasedondualCANbus，itseparatesthestatefeedbackbusandcontrolinstructionbus，andtheservocommandisdesignedbasedontheCANbuscommunication

4、protoco1．Apuredigitalservovalvedrivecircuitisdesigned，whichusesPWMtodrivetheMOSFETfullbridge．Experimentalresultsshowthatthedistributedelectro—hydraulicservocontrollercanreliablycompletethemotioncontrolandservocontroltasks．Keywords：hydraulicdrivenbionicquadrupedrobot；electro—hydraulicservoc

5、ontrol；CANbus；adaptivePID；STM32F405120em，宽为50em，大腿腿节杆件等效长度(髋关节轴到引言膝关节轴距离)为40cm，小腿腿节杆件等效长度(膝关节近年来各类军用机器人在国防领域和地缘战略中发轴到足端包络圆心距离)为40cm。在未集成机载液压油挥着重要的作用。在我国广大西部地区，由于地形复杂、源的实验条件下自重118．5kg。四足仿生机器人整体结道路崎岖，传统的轮式或履带式机器人无法满足地形通过构如图1所示。性要求，而仿生四足机器人能够较好地满足在非结构化地1．2系统架构设计形条件下可靠行进的任务需求。液压驱动的仿生四足机综合考虑伺服控

6、制任务可以发现，系统性能要求有若器人是近年国内外的研究热点与主攻项目，在其关键技术干矛盾，如多通道并行伺服控制和单一通道伺服控制精度群中，电液伺服控制技术则是保障仿生液压四足机器人实的时问资源冲突以及多输入／输出现稳定行进功能的核心技术。接口设计的硬件资源冲突。使用单一控制器的集中式控制系统很1总体设计难在时间资源与硬件资源的分配1．1控制对象分析上实现平衡，从而无法达到任务指本文依托北京理工大学特种机器人技术创新中心正标要求。基于上述目标，本系统采在研发的一款仿生液压四足机器人展开研究，机器人每条用一种分布式系统架构进行电液腿具有3个主动自由度和1个被动自由度，分别为髋侧

7、摆伺服控制系统的设计工作。本系关节、髋正摆关节、膝关节和足部二阶弹簧减震器，全部统在运动控制器下设计4个伺服图1四足仿生机器12个主动关节均由液压缸驱动。机器人的结构尺寸长为控制器，如图2所示，并通过伺服人整体结构敬请登录网站在线投稿2015年第7期《平机嵌入式彖碗应冈》53新器件新技术总线连接构成分布式电液伺服控制系统。要求，需要考虑避免反馈信息数据包占用总线影响数据时效性的问题，因此在设计时使用双线设计，CAN1只用于运动控制器对伺服控制器下发指令数据包，CAN2用于伺服控制向运动控制器返回传感反馈信息。CAN