液压四足机器人分布式运动控制系统设计与实现

摘要

液压四足机器人因其卓越的性能以及广阔的研究前景受到了广泛关注。本文以仿生液压四足机器人为基础平台开发了基于 CAN总线的分布式运动控制系统。硬件方面设计了运动控制与足底三维力采集电路板。软件上设计了与硬件电路板配套的底层驱动程序、机器人关节闭环控制程序、传感器采集与滤波程序以及上位机控制平台。并对设计的系统进行了传感器采集实验、功率放大器输出实验、电液伺服阀阶跃信号和三角波信号响应实验、机器人直立稳定性实验和机器人负重对角步态行走实验，验证了设计的运动控制系统的可行性。本文所做的工作主要如下：
　　1、分析了液压四足机器人的机械结构特点，基于 D-H坐标变换法建立了机器人运动控制数学模型。分析了机器人控制系统的传感器与执行器工作原理和主要技术指标。
　　2、根据机器人的传感器和执行器特点设计了以 LPC2129为主控芯片的运动控制电路板以及以ATmega8L单片机为主控芯片的足底力信息调理电路板。整个硬件电路系统包括：系统电源管理模块、关节线位移传感器和足底三维力传感器的采集模块、电液伺服阀驱动模块以及CAN总线、485总线的通信模块等。
　　3、基于IAR和ICC AVR集成开发环境编写了各微控制器的底层驱动程序、传感器采集滤波程序以及伺服阀闭环控制程序。基于 LabVIEW平台开发了机器人远程监控程序，实现了各关节参数的实时观测与机器人的远程遥控两大主要功能。
　　4、用设计的控制系统进行了传感器采集测试、功率放大器输出测试、伺服阀的阶跃信号与三角波信号测试、机器人直立稳定性测试以及对角步态的行走测试等几个实验，验证了本文所设计的控制系统的可行性。

目录

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 项目研究背景及意义

1.2 研究现状分析

1.3 机器人控制系统发展简介

1.4 设计任务

1.5 本章小结

第二章 液压四足机器人运动学与控制系统分析

2.1 机器人运动学分析

2.2 机器人运动控制系统分析

2.3 本章小结

第三章 液压四足机器人硬件系统设计

3.1 电源

3.2 LPC2129最小系统设计

3.3 关节传感器采集

3.4 通信系统

3.5 电液伺服阀驱动系统

3.6三维足底力调理电路

3.7本章小结

第四章 液压四足机器人软件系统设计

4.1 运动控制板软件系统

4.2 足底力采集软件系统

4.3 上位机软件系统

4.4 本章小结

第五章 实验结果与分析

5.1 关节线位移传感器测试

5.2 伺服阀驱动系统测试

5.3 三维足底力传感器测试

5.4 液压四足机器人整机测试

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文主要工作总结

6.2 论文主要创新点

6.3 工作展望

参考文献

致谢