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助力式机器人系统的开发一直是机器人研究领域的重要分支,和其他仿人机器人系统一样,助力式机器人系统同样也是多学科、多技术、多领域的集成。目前的纯粹步行机器人虽然已经可以进行基本行走,但是还远远不能达到人体行走的快速性、稳定性和协调性,在康复医学以及智能假肢的发展,以及理论性的延伸的基础上,我们把助力式机器人引入进来,通过机器人与人的配合达到助力行走的效果,不但借助了人体的平衡性与协调性,而且又可以发挥机器机构的动力性和准确性。
本文详细叙述了助力式机器人控制系统的设计方法,对上位机总控部分控制器设计,机器人步态规划设计,节点信号采集系统设计,以及机器人内部通讯系统设计都做了深入探讨。
机械结构方面采用绑缚式机械结构与人体连接,并绘制出三维模型,对各个关节机械结构进行了深入探讨,同时助力式机器人在可调性、材料选择等方面都做到了良好的人机特性。
控制系统方面,上位机系统采用以研祥EC5-1714CLDNA单板计算机为核心的总控系统,同时通过高级语言编程实现各个子系统的步态规划和协调控制。各关节采用以dsp控制器为核心的控制策略以保证各个子系统得以准确运行,信号采集系统采用以AT89C55WD单片机为核心,同时配合高精密AD转换器AD7703,以及高精密放大器AD620组成的自制信号采集模块,保证了数据采集的精度和速度。
各个模块之间的通讯本文提出了基于CAN总线的通讯策略,采用上位机CAN卡(PCI5110系列)与DSP CAN接口、SJA1000独立CAN控制器相结合的CAN通讯系统,完成了从CAN硬件电路到CAN软件编程的各个模块设计,保证了各个节点之间的高效准确的数据通信。
在控制方法方面,通过对人体步行特性的研究,本文深入探讨了以基于三次插值以及足底压力补偿的步态曲线生成方法,并开发出基于图形界面的虚拟控制平台,同时在平衡方面采用了基于ZMP的补偿控制,做到了稳定和准确控制方式。