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自然界中的四足哺乳动物几乎可以依靠自己的腿足到达地表的任何地方,具有地形适应能力强、运动灵活度高的优点。因此,将四足哺乳动物作为仿生对象的四足仿生机器人已经成为移动机器人领域的研究热点。四足机器人控制系统承担着执行控制指令、完成关节驱动伺服控制、机器人运行状态监测和外部扰动下的动态稳定控制等任务,其实时性、软件和硬件系统的稳定性对机器人系统的综合性能起着关键作用。本课题以山东大学机器人中心的SCalf液压驱动四足机器人为研究对象,根据机器人对控制系统实时性、抗共模干扰能力和高可靠性的需求,采用分层分布式架构设计了机器人的控制系统。主要研究内容如下:(1)液压驱动四足机器人控制系统的整体方案设计。在分析液压驱动四足机器人系统机构组成、关节驱动方式、机载能源和运动模式的基础上,提出了液压驱动四足机器人控制系统的设计需求。然后根据控制系统的需求,首先将机器人系统动力学分为整体动力学模型和单腿动力学模型,分别采用核心控制器和单腿伺服控制器进行运算与控制,以提高模型解算的实时性及运算效率,其次使用双CAN总线的通信方式,将机器人机载动力系统控制和运动控制的信息分开传输,以提高通信带宽。通过将控制系统分为核心控制层、通信协调层和伺服驱动层设计了高可靠性的分层分布式控制系统硬件架构,并对各层进行了详细方案设计。(2)控制系统的硬件实现。在控制系统的整体框架下,根据控制任务的需求,首先对主要器件进行选型,确定了以凌华CM920为CPU、Connect CANpro/104-plusOpto为CAN卡的核心控制器。然后对无线通信模块、单腿伺服控制器进行了功能论证,针对不同的功能需求,设计了不同的配套电路。最后对控制系统的可靠性进行设计,确保控制系统的稳定。(3)控制系统的软件设计。基于QNX实时操作系统搭建了IDE Monmentics开发环境,根据控制系统的框架设计,首先对核心控制层的线程进行分配,设计了主线程的程序。其次对于通信协调层的不同的通信方式进行软件设计,制定了CAN通信协议。然后根据数据采集与输出需求对伺服执行层的A/D采集、D/A输出进行了设计。最后设计了上位机操作界面,方便机器人的操作控制与运行状态监测。(4)实验验证。设计了 A/D数据采集模块和D/A输出模块的验证实验、单缸伺服控制实验、CAN通信实验以及整机实验,分别对控制系统的数据采集和输出、单缸伺服控制的跟随性能、CAN通信速度以及机器人整机性能进行了测试,通过实验证明,控制系统能够满足新的控制需求,并能够在四足机器人上开展相关算法的实验验证。