四足小象機(jī)器人實時控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、機(jī)器人作為人類感官的一種延伸，越來越廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)和生活當(dāng)中。傳統(tǒng)的移動式或履帶式機(jī)器人只能在有限范圍內(nèi)進(jìn)行活動，已難以滿足人類的任務(wù)需求。步行機(jī)器人以其具有更廣泛的地形適應(yīng)能力，可以拓展人類作業(yè)的空間范圍，比如可以應(yīng)用在核電設(shè)備，煤礦井下和空間探測等方面，因此開展對步行機(jī)器人的研究具有重要意義。
　　在非結(jié)構(gòu)化或危險的環(huán)境中，步行機(jī)器人需要對不確定環(huán)境做出及時反應(yīng)，否則會導(dǎo)致機(jī)器人無法適應(yīng)環(huán)境，比如未及時規(guī)劃好避障算法而沒能躲

2、避障礙。因而實時性能是步行機(jī)器人適應(yīng)環(huán)境的基礎(chǔ)。
　　本文主要研究步行機(jī)器人的實時性能，以小象機(jī)器人為載體，設(shè)計并實現(xiàn)了一個具有開放式結(jié)構(gòu)的通用實時控制系統(tǒng)。本文的研究工作主要包括以下幾方面：
　　1.參與小象機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造。確定機(jī)器人的構(gòu)型，構(gòu)建機(jī)器人運動學(xué)正解。對機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并參與了樣機(jī)的制造。
　　2.設(shè)計基于PC+運動控制卡結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)硬件方案。分析了步行機(jī)器人的控制系統(tǒng)特點，采用了具有開

3、放式結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)硬件，即上位機(jī)采用PC104，負(fù)責(zé)人機(jī)交互、控制決策和軌跡規(guī)劃以及傳感器信號處理，下位機(jī)采用Turbo PMAC，進(jìn)行伺服控制，采用Elmo驅(qū)動器和Maxon電機(jī)。本硬件方案具有強(qiáng)大的信息處理能力、良好的擴(kuò)展性和可移植性。
　　3.對伺服控制參數(shù)進(jìn)行配置并實現(xiàn)了速度光滑的軌跡插補算法。通過構(gòu)建電機(jī)模型與對PMAC和Elmo驅(qū)動器伺服控制算法的分析，設(shè)定了PID參數(shù)、伺服頻率等參數(shù)，實現(xiàn)了一種利用PVT插補算法來實