仿生液壓四足機(jī)器人伺服控制器設(shè)計.pdf

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1、新器件新技術(shù)仿生液壓四足機(jī)器人伺服控制器設(shè)計牛鍇’，羅慶生，李超。司世才(1．北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院，北京100081；2．北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院)摘要：本文結(jié)合仿生液壓四足機(jī)器人的研發(fā)指標(biāo)，設(shè)計了基于STM32F405的分布式電液伺服控制器?？刂破魉欧偩€基于雙CAN總線設(shè)計，將控制指令總線和狀態(tài)反饋總線獨(dú)立分離，并基于CAN總線通信協(xié)議設(shè)計了單幀伺服指令。設(shè)計了純數(shù)字伺服閥驅(qū)動電路，使用PWM驅(qū)動MOSFET全橋方式實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，仿生液壓四足機(jī)器人電液伺服控制器符合預(yù)期的性能指標(biāo)要求，達(dá)到預(yù)想的設(shè)計效果。關(guān)鍵詞：仿生液壓四足機(jī)器人；電液伺服；CAN總線；自適應(yīng)P

2、ID；STM32F405中圖分類號：TP242．6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AServoControllerofHydraulicDrivenBionicQuadrupedRobot~NiuKai，LuoQingsheng~，LiChao，SiShicai(1．SchoolofMechatronicalEngineering，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China；2．SchoolofMechanicalandVehicularEngineering，BeijingInstituteofTechnology)Abstract：Th

3、epaperdesignsadistributedelectro—hydraulicservocontrollerbasedonSTM32F405，combiningwiththeparametersofhy—draulicdrivenbionicquadrupedrobot．TheservobusisdesignedbasedondualCANbus，itseparatesthestatefeedbackbusandcontrolinstructionbus，andtheservocommandisdesignedbasedontheCANbuscommunication

4、protoco1．Apuredigitalservovalvedrivecircuitisdesigned，whichusesPWMtodrivetheMOSFETfullbridge．Experimentalresultsshowthatthedistributedelectro—hydraulicservocontrollercanreliablycompletethemotioncontrolandservocontroltasks．Keywords：hydraulicdrivenbionicquadrupedrobot；electro—hydraulicservoc

5、ontrol；CANbus；adaptivePID；STM32F405120em，寬為50em，大腿腿節(jié)桿件等效長度(髖關(guān)節(jié)軸到引言膝關(guān)節(jié)軸距離)為40cm，小腿腿節(jié)桿件等效長度(膝關(guān)節(jié)近年來各類軍用機(jī)器人在國防領(lǐng)域和地緣戰(zhàn)略中發(fā)軸到足端包絡(luò)圓心距離)為40cm。在未集成機(jī)載液壓油揮著重要的作用。在我國廣大西部地區(qū)，由于地形復(fù)雜、源的實(shí)驗(yàn)條件下自重118．5kg。四足仿生機(jī)器人整體結(jié)道路崎嶇，傳統(tǒng)的輪式或履帶式機(jī)器人無法滿足地形通過構(gòu)如圖1所示。性要求，而仿生四足機(jī)器人能夠較好地滿足在非結(jié)構(gòu)化地1．2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計形條件下可靠行進(jìn)的任務(wù)需求。液壓驅(qū)動的仿生四足機(jī)綜合考慮伺服控

6、制任務(wù)可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)性能要求有若器人是近年國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)與主攻項目，在其關(guān)鍵技術(shù)干矛盾，如多通道并行伺服控制和單一通道伺服控制精度群中，電液伺服控制技術(shù)則是保障仿生液壓四足機(jī)器人實(shí)的時問資源沖突以及多輸入／輸出現(xiàn)穩(wěn)定行進(jìn)功能的核心技術(shù)。接口設(shè)計的硬件資源沖突。使用單一控制器的集中式控制系統(tǒng)很1總體設(shè)計難在時間資源與硬件資源的分配1．1控制對象分析上實(shí)現(xiàn)平衡，從而無法達(dá)到任務(wù)指本文依托北京理工大學(xué)特種機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新中心正標(biāo)要求?；谏鲜瞿繕?biāo)，本系統(tǒng)采在研發(fā)的一款仿生液壓四足機(jī)器人展開研究，機(jī)器人每條用一種分布式系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行電液腿具有3個主動自由度和1個被動自由度，分別為髖側(cè)

7、擺伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計工作。本系關(guān)節(jié)、髖正擺關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和足部二階彈簧減震器，全部統(tǒng)在運(yùn)動控制器下設(shè)計4個伺服圖1四足仿生機(jī)器12個主動關(guān)節(jié)均由液壓缸驅(qū)動。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸長為控制器，如圖2所示，并通過伺服人整體結(jié)構(gòu)敬請登錄網(wǎng)站在線投稿2015年第7期《平機(jī)嵌入式彖碗應(yīng)岡》53新器件新技術(shù)總線連接構(gòu)成分布式電液伺服控制系統(tǒng)。要求，需要考慮避免反饋信息數(shù)據(jù)包占用總線影響數(shù)據(jù)時效性的問題，因此在設(shè)計時使用雙線設(shè)計，CAN1只用于運(yùn)動控制器對伺服控制器下發(fā)指令數(shù)據(jù)包，CAN2用于伺服控制向運(yùn)動控制器返回傳感反饋信息。CAN