基于DSP的雙足機器人運動控制系統(tǒng)設計
加入技術交流群
1 系統(tǒng)概述
雙足機器人每條腿設有5個自由度，這樣既可以實現(xiàn)基本的步行功能，又盡可能的簡化了控制變量，系統(tǒng)整體結(jié)構如圖1所示，L1～L5分別對應左腿髖側(cè)向、髖前向、膝前向、踝前向、踝側(cè)向關節(jié)電機，R1～R5對應右腿。考慮到成本因素和驅(qū)動性能，選用Maxon的EC-max系列三相無刷直流電機來驅(qū)動關節(jié)活動，其中1號和5號電機選用EC-max35型，其他均為EC-max30型。受安裝空間所限，每條腿的運動控制器都為獨立的個體，各運動控制器通過主控計算機進行協(xié)調(diào)控制并可基于運動指令單獨完成動作，類似于人類反射弧的原理，減輕主控計算機的工作量，加快反應速度，主控計算機和運動控制器之間通過CAN總線來傳遞數(shù)據(jù)。
機器人雙足步行時，主控計算機根據(jù)運動周期向底層運動控制器發(fā)送運行和停止等指令，完成對行走狀態(tài)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)運算。單個運動控制器由DSP處理和電機控制兩部分組成：DSP處理電路負責與主控計算機和傳感器之間交換各類信息、分析接收到的數(shù)據(jù)并運算輸出相應關節(jié)電機的控制信號；電機控制電路根據(jù)控制信號驅(qū)動相應的電機動作，達到要求的速度和角度，并對光電編碼器信號進行處理，將執(zhí)行結(jié)果反饋給DSP形成閉環(huán)控制，保證執(zhí)行的精度。
數(shù)據(jù)處理器選用的是TMS320F2812，它擁有基于C／C++高效32位DSP內(nèi)核，提高了運算的精度；時鐘頻率高達150 MHz，增強了系統(tǒng)的處理能力；集成了128 KB的FLASH存儲器、4 KB的引導ROM、數(shù)學運算表以及2 KB的OTP ROM，改善了芯片應用的靈活性；兩個事件管理器模塊為電機及功率變換控制提供了良好的控制功能；16通道高性能12位ADC單元提供了兩個采樣保持電路，可以實現(xiàn)雙通道信號同步采樣，適合整個運動控制器的開發(fā)需求，其代碼和指令與F24x系列完全兼容，更是保證了項目開發(fā)和產(chǎn)品設計的可延續(xù)性。
評論