仿生机器蟹步行足协调运动控制系统研究

• 作 者: 郝欣伟
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 仿生机器人 多足步行机器人 Matlab dSPACE

本论文以建立一个对复杂地形高度适应、性能可靠、并具有两栖环境下活动能力的小型移动机器人平台为目标，对仿生机器蟹的控制方法、控制硬件设计、软件设计方法和半物理仿真展开了研究。首先，作者对国内外多足步行仿生机器人的研究情况进行了分析，尤其是针对分布式多级实时控制系统进行研究，根据基于行为的机器人控制方法提出了多级递阶分布式的仿生机器蟹总体控制框架。并比较基于单片机和DSP的两套硬件设计方案，确立了第二种控制系统硬件方案。其次，详细设计了以DSP为核心的机器人步行足协调控制系统硬件电路，包括TMS320F2812最小系统，总线接口电路，脉冲编码器接口，驱动电路，力传感器检测电路。并建立了由三维力传感器，GPS，三轴电子罗盘，摄像头，电位计式角度传感器等构成的机器人智能感知系统。此外，作者针对传统嵌入式软件设计方法的不足，提出了集算法设计、仿真、实验一体的系统级软件设计方法。以此方法在Matlab／Simulink系统开发环境中设计了变参数PID的伺服驱动模块。在对步行足的运动学分析的基础上，用S-Function设计了运动学反解模块，由此建立了机器人步行足协调控制算法。最后，搭建了机器人控制系统的半实物仿真实验平台，用dSPACE对PID参数进行整定，测试了变参数PID控制器、双闭环关节控制器和步行足协调控制算法的性能，并对实际的DSP控制器进行了硬件在回路仿真实验，验证了整个机器人控制系统的正确性和可行性。