DSP實現仿生機器蟹多關節控制系統

２．３ 步行足足端力信號檢測電路
　　為了實時獲得軀體相對于大地坐標系的位置和姿態信息，步行機器人必須通過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，來判斷步行足是與外界物體發生碰撞還是接觸地面。通過設置碰撞力信號的閾值來判斷步行足是可以克服阻力按規劃路徑繼續運動，還是改變運動方式避開障礙，或從擺動相轉入支撐相。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。無作用力時，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，阻值Ｒｓ隨力的增加而減小，當Ｒｓ值滿足晶體管可靠截止條件時，Ｖｏｕｔ輸出高電平。要使晶體管截止?必須滿足以下條件： (Vcc%26;#183;Rs)/(R1+Rs)＜Ｖｂｅ，即Ｒｓ＜(Vbe%26;#183;R1)/(Vcc-Vbe)
　　３ 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，采用分時集中方式和多ＣＰＵ的結構。步行足控制器采用分時集中方式，由一個ＣＰＵ對３條步行足的９個關節進行控制，ＣＰＵ可對各關節的反饋控制策略進行協調控制，完全由軟件確立各關節之間的耦合關系。而整個機器蟹的全局控制器結構為多ＣＰＵ結構，由３個步行足控制器（即３個ＣＰＵ控制單元）并聯成伺服控制層，并由一個中央控制ＣＰＵ協調控制。機器蟹步行足控制系統的單關節控制過程如圖６所示。由ＰＣ機（上位機）將每一個動作任務分解為各關節轉角，并每隔一個插補時間Ｔ１執行一次上下位機指令，將下一個Ｔ１時間內各指關節的目標轉角指令值發送給ＤＳＰ控制器（下位機）。ＤＳＰ控制器將插補時間內的轉角按可控精度進行周期為Ｔ２的插補細分，細分后所得任務為各個關節電機控制中斷程序的實際目標指令，并在插補周期時間內實現電機轉角位置伺服控制，從而完成步行足的運動控制。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，為進一步實現自主式的仿生步行機構奠定了基礎。