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1、基于DSP的双足步行机器人设计李红征,周烽,王永(中国科学技术大学自动化系,安徽合肥230027)DesignofaBipedWalkingRobotBasedonDSPLIHong-zheng,ZHOUFeng,WANGYong(DepartmentofAutomation,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230027,China)摘要:基于TMS320F2812DSP提出了一种用机器人每条腿至少应有3个绕俯仰轴转动的自由单个定时器产生8路独立的舵机控制信号的方法,度;要实现重心在左右脚之间转移的功能,每条腿至简化
2、了驱动与控制电路的设计,研制完成了一个8少应有一个绕偏转轴转动的自由度.基于实现预期自由度双足步行机器人,并成功实现了机器人的稳功能而又尽量降低成本,精简机构的原则,本文设计定行走.的双足步行机器人共有8个自由度,每条腿各有4关键词:DSP;舵机;PPM;双足步行个自由度,其中髋关节一个,膝关节一个,踝关节2中图分类号:TP242.3个.实现行走的基本问题是对机器人各关节位置、速文献标识码:A度的伺服控制和协调控制.为了简化控制系统设计文章编号:1001-2257(2007)11-0055-03并尽可能提高控制系统的可靠性,本设计采用北京Abstract:Amethodusings
3、ingletimertopro-汉库公司的HG14舵机为驱动电机,其部分技术指duceeightindependentservocontrolsignalsis标如表1所示.presentedonthebasisofTMS320F2812DSP.We表1HG14舵机部分技术指标simplifiedthedesignofdriveandcontrolcircuit动作电压额定扭矩空载转速重量最大动作角4.8~7.4V14kgcm0.2s/6056g185basedonthemethod,developedabipedwalkingro-确定机器人的腿部高度是一个综合性问题
4、,机botofeightDOFs(degreeoffreedom),andsuc-器人太高会导致重量的增加,从而使驱动电机的负cessfullyrealizeditsstablewalking.担增加,机器人的稳定性也将受到影响,高度太低又Keywords:DSP;servomotor;PPM;biped不利于动态控制和步态调整.考虑到舵机扭矩等因walking素,在设计时将腿长暂定为30cm;加工出的大腿和小腿结构基本相同,由于膝盖舵机的主体与大腿相0引言连,输出轴与小腿相连,使得大腿有效长度(从髋部舵机输出轴到膝盖舵机输出轴的距离)为15.3cm,双足步行是高级生物所特有的运
5、动形式.国外比小腿有效长度(从膝盖舵机输出轴到踝部舵机输自20世纪60年代以来就开始了双足步行机器人的出轴的距离)12.8cm要大一些.研究,1972年日本早稻田大学加滕一郎等首先研制为了提高行走机器人的稳定性,机器人的2个出了WL-5,直至近几年来受到广泛关注的日本本脚被设计得比较大,每个脚底板宽8cm,长12cm,田公司的ASIMO,双足步行机器人的研究已取得材料为0.35cm厚的木板,上面嵌入了4个微动开了长足的进步;由于其良好的应用前景,近年来已经[1-2]关,每个角上一个,用于检测机器人行走时摆动脚的成为研究的热点,国内多个高校也研制了样机.提起和落地时刻.髋部2个舵机被
6、2根硬铝板条夹1机械设计住,用螺栓螺母拧紧,构成了机器人的骨盆,骨盆中央竖直方向固定2根硬铝板条,作为机器人的脊柱,为了实现前后行走、上下台阶及爬斜坡等功能,电路板和锂电池刚好可以放在2根竖直板条的中收稿日期:2007-06-18间,构成机器人的胸腹.设计完成之后的原理样机总机械与电子2007(11)55重约1.1kg.小系统驱动,其通讯模式为单片机多机通讯模式,这么做虽然使控制系统具有结构模块化的优点,但随2驱动与控制系统设计着机器人自由度的增加,控制系统的成本、重量和体机器人以TI公司高性能数字信号处理器积也会相应地正比例增加.参考文献[5]采用Mo-TMS320F
7、2812为核心,完成信号采集、处理、控制torola的16位微控制器MC9S12C32来产生控制信和驱动等功能.TMS320F2812是一种低功耗的32号,其中每个定时器产生一路控制信号,每片位定点数字信号处理器,在数字控制领域应用广泛,MC9S12C32只有8个定时器,最多控制8个舵机.它集中了数字信号处理的诸多优秀特性,采用哈佛本文利用TMS320F2812的特点和舵机控制信号特总线结构,具有强大的计算能力、迅速的中断响应和性,提出一种用单个TMS320F2812
