基于DSP的四足液压机器人伺服驱动器的设计与研究

摘要

移动机器人领域是一个重要而又活跃的科研领域，随着技术的不断提升，人们已经把目光从常规轮式、履带式移动机器人转移到足式仿生机器人上，相对于轮式、履带式机器人来讲，足式机器人能适应更复杂的行走环境，几乎所有的陆地环境。当采用了液压方式驱动，机器人的灵敏度和负载能力相对于常规电机驱动有很大提升，使得机器人的实用价值大大提高，因此对这类机器人的控制问题的研究也倍受关注。
　　本文主要针对四足液压机器人腿部液压系统设计了一种基于DSP28335的高速高精度的伺服控制系统，采用CAN总线通信方式与上层控制系统通信，并实现每条腿上4路液压缸的力与位置的混合伺服。
　　本文首先阐述了液压伺服控制系统的理论知识，在系统功能要求和性能指标的基础上进行了总体的方案设计，采用以DSP28335为核心的控制器，外扩模数转换芯片AD7606和数模转换芯片AD5754，实现8路传感器信号采集和4路模拟信号输出。与上层通信采用CAN总线，实现命令接收与数据反馈。控制算法在常规的PID算法上引入前馈控制思想，并在matlab/simulink环境下控制数据采集卡进行仿真验证。
　　最后对电路各个模块实验，从实验结果中看系统各个功能均达到了预期的效果，控制算法也满足系统的控制要求，跟随特性良好，有较好的可靠性和灵活性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 课题来源

1．3 国内外四足机器人研究概况

1．4 电液伺服系统的发展

1．5 课题研究的主要内容

第2章 电液伺服系统设计方案

2．1 机器人液压系统介绍

2．2 液压控制系统概述

2．3 控制器的功能要求与性能指标

2．4 控制器总体设计方案

2．4．1 控制计算机与驱动器通信方案

2．4．2 驱动器软硬件总体设计

2．5 本章小结

第3章 系统硬件电路设计

3．1 控制器核心处理器

3．2 以DSP为核心的控制电路设计

3．2．1 DSP最小系统模块

3．2．2 驱动器A／D采集电路

3．2．3 驱动器D／A输出模块

3．2．4 末端位移信号采集电路

3．2．5 CAN通信模块

3．2．6 驱动器电源电路

3．3 PCB布线及抗干扰措施

3．4 本章小结

第4章 控制器软件设计

4．1 CAN通信软件的设计

4．1．1 CAN总线通信简介

4．1．2 通信协议制定

4．1．3 通信实现

4．2 DA／AD软件设计

4．2．1 SPI接口通信简介

4．2．2 AD5754接口函数设计

4．2．3 AD7606接口函数设计

4．3 本章小结

第5章 控制算法仿真与分析

5．1 PID控制原理

5．2 前馈PID算法分析

5．3 控制算法的仿真与分析

5．3．1 Matlab／Simulink简介

5．3．2 数据采集卡简介

5．3．3 算法仿真实验

5．4 本章小结

第6章 电路功能验证与实验结果分析

6．1 CAN通信功能验证

6．2 AD采集功能验证

6．3 DA输出端功能验证

6．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢