单片机与DSP中的基于DSP仿人机器人关节控制器设计

0 引 言 　　仿人机器人具有可移动性，具有很多的自由度，包括双臂、颈部、腰部、双腿等，可以完成更复杂的任务，这些关节要连接在一起，进行统一的协调控制，就对控制系统的可靠性、实时性提出了更高的要求，以往采用的集中控制系统，控制功能高度集中。局部的故障就可能造成系统的整体失效，降低了系统的可靠性和稳定性，因此考虑采用分布式的控制系统来实现系统的控制功能。 　　考虑到机械臂控制系统控制算法的计算量以及多轴协调控制等问题，采用基于RS 485总线的分布式控制的体系结构，见图1所示。运动规划算法由主计算机来实现，同时主计算机还将通过RS 485总线与各关节控制器通信，负责各关节控制器的协调工作。每 本文主要探讨的是基于DSP的仿人机器人关节控制器的设计，该设计着重解决仿人机器人的高自由度带来的控制挑战，以提高系统的可靠性和实时性。传统的集中控制系统存在局部故障可能导致整体失效的问题，因此采用分布式控制策略。 分布式控制系统的核心是基于RS 485总线的架构。主计算机执行运动规划算法，并通过RS 485总线与各个关节控制器通信，协调各关节的动作。每个关节控制器由DSP（TMS320F240）作为核心，与电机、驱动器和检测反馈装置共同构成一个位置伺服系统，负责特定关节的控制任务。 硬件设计方面，关节控制器选用TI公司的TMS320F240 DSP，具备高速处理能力和丰富的内部资源，尤其适合电机控制。电机驱动器接口电路包括D/A转换器（如DAC7621）将DSP输出的数字信号转换为0-10V的模拟控制电压，以及线性光耦HCNR201提供电气隔离，保护控制器不受驱动器尖峰电压的影响。增量式编码器信号处理电路接收来自编码器的A、B、Z三路信号，用于精确跟踪关节位置。RS 485通信电路采用MAX485芯片实现TTL到RS 485电平的转换，使得关节控制器能够与主计算机进行远距离、高抗干扰性的通信。 软件设计上，关节控制器的主程序负责基本的初始化、通信协议处理和关节控制算法的执行。初始化步骤包括设置CPU时钟和串口通信波特率。关节控制器与主计算机之间的通信协议确保了数据的准确传输和系统的有效协同。 这个设计通过采用分布式控制、高性能DSP和精心设计的硬件接口，提高了仿人机器人的关节控制效率和系统稳定性。同时，软件层面的优化确保了控制算法的高效执行，为复杂任务的完成提供了强有力的支持。