让机器人走进千家万户是人类的梦想,近年来随着人工智能的发展和普及,机器人领域相关技术逐渐释放出旺盛的活力,舵机作为机器人的核心动力来源,发展相当迅猛。本课题对双足机器人舵机控制系统的国内外发展现状及相关技术进行了调研和研究,并开发以DSP为核心处理器且具备EtherCAT通信功能的双足机器人高性能舵机控制软件系统。本文的具体工作内容如下。1、硬件平台设计与开发。主要工作包括:(1)设计以微控制器(TI公司的TSM320F28335)为核心处理器的主控平台;(2)设计基于双绝对式磁编码器的高精度位置反馈模块,使舵机的位置控制精度相较于传统伺服控制精度提升了数个量级;(3)为了提升舵机的功率密度,将PCB板划分为功率板和控制板,通过最优方式叠加组合,从而使双足机器人关节设计更具拟人性;(4)设计基于LAN9252的通信模块,由于其内部集成了双PHY,使得舵机通信线走线更为灵活与可靠。上述硬件方案为实现双足机器人整机多关节同步高精度控制和姿态控制奠定了坚实的硬件基础。2、控制软件系统设计与开发。主要工作包含:(1)在电机算法方面,采用基于FOC技术的永磁同步电机的控制算法,实现了电机励磁电流和扭矩电流的空间解耦,从而提升电机电流环的动态响应性能;(2)在EtherCAT通讯协议设计方面,首先,完成了基于LAN9252与DSP之间的PDI(Process Data Interface)的EtherCAT从站系统的协议栈的移植和应用层程序的开发;其次,基于Cia402的应用层协议,完成与DSP的API函数对接设计;最后,编写从站相关配置设备描述文件,实现了主站收发过程数据对象和服务数据对象的功能。3、系统测试与验证。基于上述软硬件平台设计与实现,首先对舵机相关参数的基本性能进行了测试验证,实验结果满足设计指标;其次,通过Twincat主站对舵机控制系统的EtherCAT通信进行了实验验证,验证合格;最后,基于Linux主站实现了双足机器人舵机控制系统通信的联调实验,取得了圆满成功。综上所述,本设计达到了课题的预期效果,为双足机器人整机的步态算法调试奠定了良好的基础。