DSP實(shí)現仿生機器蟹多關(guān)節控制系統

２．３ 步行足足端力信號檢測電路
　　為了實(shí)時(shí)獲得軀體相對于大地坐標系的位置和姿態(tài)信息，步行機器人必須通過(guò)大量的外部傳感器獲得諸如傾角、離地高度等信息。在機器蟹的步行足端部安裝了力傳感器，利用它檢測足端與物體（或地面）的接觸力大小，來(lái)判斷步行足是與外界物體發(fā)生碰撞還是接觸地面。通過(guò)設置碰撞力信號的閾值來(lái)判斷步行足是可以克服阻力按規劃路徑繼續運動(dòng)，還是改變運動(dòng)方式避開(kāi)障礙，或從擺動(dòng)相轉入支撐相。ＦＳＲ（Ｆｏｒｃｅ ＳｅｎｓｉｎｇＲｅｓｉｓｔｏｒｓ）是一種聚合體薄膜裝置，其電阻值大小與其活性表面所受正壓力大小成正比，這種力傳感器對力的敏感程度非常高。機器蟹足端ＦＳＲ檢測電路如圖５所示。無(wú)作用力時(shí)，ＦＳＲ阻值Ｒｓ約為５０ＭΩ，

　　晶體管導通，Ｖｏｕｔ輸出為低電平，接近于０Ｖ；當表面受力時(shí)，阻值Ｒｓ隨力的增加而減小，當Ｒｓ值滿(mǎn)足晶體管可靠截止條件時(shí)，Ｖｏｕｔ輸出高電平。要使晶體管截止?必須滿(mǎn)足以下條件： (Vcc%26;#183;Rs)/(R1+Rs)＜Ｖｂｅ，即Ｒｓ＜(Vbe%26;#183;R1)/(Vcc-Vbe)
　?。?單步行足控制系統的軟件設計
　　在本文設計的機器蟹控制器中，采用分時(shí)集中方式和多ＣＰＵ的結構。步行足控制器采用分時(shí)集中方式，由一個(gè)ＣＰＵ對３條步行足的９個(gè)關(guān)節進(jìn)行控制，ＣＰＵ可對各關(guān)節的反饋控制策略進(jìn)行協(xié)調控制，完全由軟件確立各關(guān)節之間的耦合關(guān)系。而整個(gè)機器蟹的全局控制器結構為多ＣＰＵ結構，由３個(gè)步行足控制器（即３個(gè)ＣＰＵ控制單元）并聯(lián)成伺服控制層，并由一個(gè)中央控制ＣＰＵ協(xié)調控制。機器蟹步行足控制系統的單關(guān)節控制過(guò)程如圖６所示。由ＰＣ機（上位機）將每一個(gè)動(dòng)作任務(wù)分解為各關(guān)節轉角，并每隔一個(gè)插補時(shí)間Ｔ１執行一次上下位機指令，將下一個(gè)Ｔ１時(shí)間內各指關(guān)節的目標轉角指令值發(fā)送給ＤＳＰ控制器（下位機）。ＤＳＰ控制器將插補時(shí)間內的轉角按可控精度進(jìn)行周期為Ｔ２的插補細分，細分后所得任務(wù)為各個(gè)關(guān)節電機控制中斷程序的實(shí)際目標指令，并在插補周期時(shí)間內實(shí)現電機轉角位置伺服控制，從而完成步行足的運動(dòng)控制。除此之外，控制系統軟件還包括步行足軌跡規劃運算、系統自檢和初始化、故障判斷、程序終止、力／位置信號采集處理等功能模塊。
　　本文以仿生機器蟹為設計對象，提出了基于ＤＳＰ的機器蟹多層多目標遞階控制系統方案，并對單步行足的軟、硬件設計做了詳細的闡述，為進(jìn)一步實(shí)現自主式的仿生步行機構奠定了基礎。