CN103941732A - 仿生双足机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制系统，尤其是一种仿生双足机器人控制系统，属于双足机器人控制的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述仿生双足机器人控制系统，包括用于驱动双足机器人行走的伺服电机、用于检测所述伺服电机工作状态信息的编码器以及用于检测所述伺服电机转速的霍尔传感器，所述编码器及霍尔传感器均与驱动器连接，驱动器的输出端与伺服电机连接，驱动器通过JMACH接口与PMAC驱动板连接。本发明通过编码器及霍尔传感器实现对伺服电机的运动过程的参数反馈，驱动器采用PID控制方法实现对伺服电机的有效运动控制，结构简单，适应范围广，成本低，安全可靠。

Description

仿生双足机器人控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其是一种仿生双足机器人控制系统，属于双足机器人控制的技术领域。

背景技术

仿人机器人集机械、电子、材料、计算机、自动化等多门学科于一体，技术含量高、研究和开发难度大，已成为一个国家高技术实力和发展水平的重要标志，许多科学家都在仿人机器人研究与开发方面做了大量工作，取得了突破性进展，仿人机器人已经对人类社会产生了巨大的影响。

国外发展状况主要介绍几个在双足机器人领域取得许多成果的国家所研制的机器人，仿人机器人的研究具有重要的科学意义和应用前景，步行系统本身具有非常丰富的动力学和运动学特性。仿人机器人有许多优越性。它具有灵活的行走机构，可以随时走到需要的地方，包括一些普通人不易到达的地方，完成人指定或预先设置的工作。与工业机器人相比，其优越性体现在广阔的活动空间和工作空间。仿人机器人的研究具有潜在的应用前景。双足行走是生物界难度最大的步行动作，但其步行性能却是其它步行结构所无法比拟的。人类步行运动与其他机构运动相比具有优越的移动性能和环境适应能力。但目前仿生双足机器人的控制系统结构复杂，成本高，难以满足机器人的行走要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种仿生双足机器人控制系统，其结构简单，能对双足机器人的行走进行有效控制，适应范围广，成本低，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述仿生双足机器人控制系统，包括用于驱动双足机器人行走的伺服电机、用于检测所述伺服电机工作状态信息的编码器以及用于检测所述伺服电机转速的霍尔传感器，所述编码器及霍尔传感器均与驱动器连接，驱动器的输出端与伺服电机连接，驱动器通过JMACH接口与PMAC驱动板连接。

所述驱动器通过串口与控制计算机连接。所述串口为USB串口。

所述驱动器根据霍尔传感器及编码器的检测信号采用PID方法控制伺服电机。

本发明的优点：通过编码器及霍尔传感器实现对伺服电机的运动过程的参数反馈，驱动器采用PID控制方法实现对伺服电机的有效运动控制，结构简单，适应范围广，成本低，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

附图标记说明：1-控制计算机、2-PMAC驱动板、3-JMACH接口、4-串口、5-驱动器、6-编码器、7-霍尔传感器及8-伺服电机。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了能对双足机器人的行走进行有效控制，本发明包括用于驱动双足机器人行走的伺服电机8、用于检测所述伺服电机8工作状态信息的编码器6以及用于检测所述伺服电机8转速的霍尔传感器7，所述编码器6及霍尔传感器7均与驱动器5连接，驱动器5的输出端与伺服电机8连接，驱动器5通过JMACH接口3与PMAC驱动板2连接。

具体地，通过伺服电机8用于驱动双足机器人的行走动作，通过编码器6用于检测伺服电机8的电机轴的位置、转速以及扭矩信息，通过霍尔传感器7用于检测伺服电机8的转速，驱动器5可以采用ARM芯片。本发明实施例中，驱动器5内设有接口J1、接口J2、接口J3、接口J4以及接口J5，所述接口J1为CAN总线接口，接口J2为电机电源接口，接口J3为驱动器电源接口，接口J4为反馈信号接口，接口J5为控制反馈信号接口；编码器6及霍尔传感器7与驱动器5的接口J4连接，伺服电机8与驱动器5的接口J2连接，JMACH接口3与驱动器5的接口J5连接。所述PMAC（programmable multi－axes controller）驱动板2采用现有的驱动板，PMAC驱动板2与驱动器5配合，共同实现对双足机器人的运动控制。

所述驱动器5通过串口4与控制计算机1连接，控制计算机1还与PMAC驱动板2连接。所述串口4为USB串口。所述驱动器5根据霍尔传感器7及编码器6的检测信号采用PID方法控制伺服电机8。

在具体实施时，采用PID算法，优化驱动器5对伺服电机8的控制，达到迅速精准跟动的效果。通过调整PID参数，使得伺服电机8能够迅速跟踪阶跃响应，经过调整，系统的响应时间、超调量以及静态误差都达到预定指标。

本发明实施例中，在对双足机器人进行运动控制时，运用逐点插补法。所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方还是下方，或是给定轨迹的里面和外面，从而决定下一步的进给方向。如果原来在给定轨迹的下方，下一步就向给定轨迹的上方走，如果原来在给定轨迹的里面，下一步就向给定轨迹的外面走。如此，走一步，看一次，比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补。逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线的，它与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差为一个脉冲当量，因此只要把脉冲当量（每走一步的距离即步长）取得足够小，就可以达到加工精度的要求。在具体实施时，可以采用直线插补、圆弧插补或其他的插补方式实现对双足机器人的运动精确控制。

具体地，控制系统是根据编码器6的返回值来执行下一步动作，而编码器6的刻度值为2000，即是伺服电机8最小控制单位为1/2000转，使用插补算法，可以有效利用电极每步的每一步动作，最大化发挥系统的优越性，从而迅速、准确地实现电机响应。

本发明通过编码器6及霍尔传感器7实现对伺服电机8的运动过程的参数反馈，驱动器5采用PID控制方法实现对伺服电机8的有效运动控制，结构简单，适应范围广，成本低，安全可靠。

Claims (4)

1. 一种仿生双足机器人控制系统，其特征是：包括用于驱动双足机器人行走的伺服电机（8）、用于检测所述伺服电机（8）工作状态信息的编码器（6）以及用于检测所述伺服电机（8）转速的霍尔传感器（7），所述编码器（6）及霍尔传感器（7）均与驱动器（5）连接，驱动器（5）的输出端与伺服电机（8）连接，驱动器（5）通过JMACH接口（3）与PMAC驱动板（2）连接。

2.根据权利要求1所述的仿生双足机器人控制系统，其特征是：所述驱动器（5）通过串口（4）与控制计算机（1）连接。

3.根据权利要求2所述的仿生双足机器人控制系统，其特征是：所述串口（4）为USB串口。

4.根据权利要求1所述的仿生双足机器人控制系统，其特征是：所述驱动器（5）根据霍尔传感器（7）及编码器（6）的检测信号采用PID方法控制伺服电机（8）。