基于DSP的仿生机器蟹多关节控制系统的实现
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增大字体ＴＭＳ３２０Ｃ２４ｘ系列ＤＳＰ芯片是ＴＩ公司于１９９７年推出的低价高性能的１６位定点ＤＳＰ，是专为数字电机控制系统和其它控制应用系统而设计的ＤＳＰ。ＴＭＳ３２０Ｃ２４ｘ系列ＤＳＰ不但具有高性能的ＣＰＵ内核，而且还具有单片电机控制的外设功能。它将数字信号处理器的高速运算能力与面向电机的强大控制能力结合在一起，从而成为传统的多微处理器单元ＭＣＵ和多片设计系统的理想替代品。经过对ＴＭＳ３２０Ｃ２４ｘ系列芯片功能的比较，选用ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７作为开发机器蟹步行足控制系统的ＣＰＵ。该芯片除具备通用ＤＳＰ的高速高性能外，片内还配置了大量的外围接口，专用于电机控制开发。
２．２ 计数器的设计
在计数器的设计过程中采用模块化的设计思想，利用ＭＡＸ＋ｐｌｕｓ ＩＩ软件提供的可调参数化元件库（ＬＰＭ—Ｌｉｂｒａｒｙ ｏｆ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄ Ｍｏｄｕｌｅｓ），选取可调参数化计数器元件ＬＰＭ－ｃｏｕｎｔｅｒ来设计１６位计数器。在该计数器模块上共有９个并行的计数通道，每个通道都包括一个１６位可预置初始值的双向可逆计数器，计数脉冲采用上升沿触发，并具有同步装载初值和异步清零的功能。计数器结构框图如图４所示。在该模块中，还包括电机ＱＥＰ信号组的４倍频处理和方向判断功能电路，并且具有与ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７接口的逻辑电路。
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２．３ 步行足足端力信号检测电路
为了实时获得躯体相对于大地坐标系的位置和姿态信息，步行机器人必须通过大量的外部传感器获得诸如倾角、离地高度等信息。在机器蟹的步行足端部安装了力传感器，利用它检测足端与物体（或地面）的接触力大小，来判断步行足是与外界物体发生碰撞还是接触地面。通过设置碰撞力信号的阈值来判断步行足是可以克服阻力按规划路径继续运动，还是改变运动方式避开障碍，或从摆动相转入支撑相。
ＦＳＲ（Ｆｏｒｃｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔｏｒｓ）是一种聚合体薄膜装置，其电阻值大小与其活性表面所受正压力大小成正比，这种力传感器对力的敏感程度非常高。机器蟹足端ＦＳＲ检测电路如图５所示。无作用力时，ＦＳＲ阻值Ｒｓ约为５０ＭΩ，
javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>晶体管导通，Ｖｏｕｔ输出为低电平，接近于０Ｖ；当表面受力时，阻值Ｒｓ随力的增加而减小，当Ｒｓ值满足晶体管可靠截止条件时，Ｖｏｕｔ输出高电平。要使晶体管截止必须满足以下条件：
(Vcc·Rs)/(R1+Rs)＜Ｖｂｅ，即Ｒｓ＜(Vbe·R1)/(Vcc-Vbe)
３ 单步行足控制系统的软件设计
在本文设计的机器蟹控制器中，采用分时集中方式和多ＣＰＵ的结构。步行足控制器采用分时集中方式，由一个ＣＰＵ对３条步行足的９个关节进行控制，ＣＰＵ可对各关节的反馈控制策略进行协调控制，完全由软件确立各关节之间的耦合关系。而整个机器蟹的全局控制器结构为多ＣＰＵ结构，由３个步行足控制器（即３个ＣＰＵ控制单元）并联成伺服控制层，并由一个中央控制ＣＰＵ协调控制。机器蟹步行足控制系统的单关节控制过程如图６所示。由ＰＣ机（上位机）将每一个动作任务分解为各关节转角，并每隔一个插补时间Ｔ１执行一次上下位机指令，将下一个Ｔ１时间内各指关节的目标转角指令值发送给ＤＳＰ控制器（下位机）。ＤＳＰ控制器将插补时间内的转角按可控精度进行周期为Ｔ２的插补细分，细分后所得任务为各个关节电机控制中断程序的实际目标指令，并在插补周期时间内实现电机转角位置伺服控制，从而完成步行足的运动控制。除此之外，控制系统软件还包括步行足轨迹规划运算、系统自检和初始化、故障判断、程序终止、力／位置信号采集处理等功能模块。
本文以仿生机器蟹为设计对象，提出了基于ＤＳＰ的机器蟹多层多目标递阶控制系统方案，并对单步行足的软、硬件设计做了详细的阐述，为进一步实现自主式的仿生步行机构奠定了基础。
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作者：佚名
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