自平衡人形機器人動(dòng)作控制器的設計

動(dòng)作控制器的最終目的是產(chǎn)生PWM波，而這是通過(guò)寫(xiě)MSP430F149片內TA、TB模塊的寄存器實(shí)現的。在解析函數進(jìn)行一系列的解析運算后，產(chǎn)生出各舵機所需的PWM波形的脈沖寬度值，將這些值寫(xiě)入到相應的寄存器中，就可以產(chǎn)生需要的PWM波。

2 實(shí)驗及結論
根據文中提出的動(dòng)作控制器的設計思想與方法，制作出機器人動(dòng)作控制器。按照設計的基本思想對動(dòng)作控制器進(jìn)行測試，測試中采用一個(gè)MSP430F425作為機器人主控制器，下行控制一個(gè)十二個(gè)關(guān)節的簡(jiǎn)易人形機器人。在MSP430F425中規劃好機器人的步態(tài)，同時(shí)根據規劃好的步態(tài)參數發(fā)送舵機動(dòng)作命令。
實(shí)驗中，首先實(shí)測舵機的精度，通過(guò)向特定定時(shí)器通道預裝不同值，測量舵機響應角度，并以此數據擬合出舵機響應角度方程。實(shí)驗中由于采用的MSP430F425資源有限，方程僅進(jìn)行了線(xiàn)性擬合。
表2為測試機器人上一處關(guān)節的舵機測定數據，根據此數據擬合出以下方程：

舵機實(shí)際角度α=(X-3 000)／20+75．5運用擬合出的方程進(jìn)行命令到舵機角度的解析，得到表3所示數據

從表中數據可以看出，在舵機的性能范圍內(舵機的精度為0．5°～1°)，控制是精確的。
同時(shí)，在舵機響應的及時(shí)性方面，也得到了保證。從主控制器發(fā)送命令到舵機響應開(kāi)始運動(dòng)共經(jīng)歷了命令傳輸、命令解析兩大時(shí)間段。
命令傳輸在特定的速率下傳輸完所有命令數據用時(shí)4．5 ms，而命令解析即單片機內程序執行，其用時(shí)遠小于1 ms。相比較，舵機的機械響應時(shí)間在百ms級，因此動(dòng)作控制器保證了響應的及時(shí)性。
實(shí)驗證明，在設計思想指導下的硬件和軟件實(shí)現，充分符合既定的目標，體現在機器人的多關(guān)節能夠協(xié)調動(dòng)作，預先規劃的步態(tài)能夠很好的表現出來(lái)。
在機器人的實(shí)際控制系統中，動(dòng)作控制器作為主控制器(ARM 9)的下級從屬設備，完成其特定的管理范圍內工作。在這種分層控制的體系結構下，自平衡的檢測與控制達到了理想的效果。

3 結束語(yǔ)
由于自平衡人形機器人具有內在不穩定性和結構的復雜性，國內外機器人愛(ài)好者對其控制策略進(jìn)行了多方面的探索，但通常都是采用反饋控制環(huán)路或者是分層體系結構的方法。采用這些傳統的方式大體都是中央處理器(ARM、DSP等)接收收集到的信息，進(jìn)行處理，再根據獲取的信息運用一定的算法控制執行元件(舵機、直流電機等)。這類(lèi)體系結構一般以惟一的處理器為核心，與外界直接進(jìn)行信息交換，但其處理器的工作量大，在大量的處理中實(shí)時(shí)性難以保證。
而本設計對應的雙足自平衡人形機器人采用了這兩種經(jīng)典結構的復合，其中執行控制器、主控制器和執行電機之間體現出了明顯的層次結構，這種設計減輕了各層次的任務(wù)難度，明顯提高了設備調試或故障排查效率，充分體現出這種體系結構的優(yōu)越性。