多足机器人多关节协同控制系统的研究

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多足机器人具有良好的地貌特征适应能力,有广泛的应用前景和研究价值。如何有效实现运动时多关节的协同控制,一直是科研工作者研究的重难点。本文针对分动式传动的多足机器人机械本体结构,围绕机器人多关节协同控制系统进行了研究。分析多关节协同控制系统的功能要求,采用以PC与STM32F103VET6为控制核心、基于CAN总线的三级递阶分层式控制系统方案。提出了多关节协同控制系统的四个关键技术,包括协调步态的研究、模块化的设计、多关节的准确协调控制与控制信号流的协同。在协调步态的研究中,通过对静态稳定性的分析设计了机器人在几种条件下的步态生成和控制实现方法,为多关节协同控制提供了基本平台。多关节协同控制系统采用模块化的硬件设计,包括协调控制层的通信模块、传感器模块和关节运动层中各个关节驱动控制模块。根据各个模块功能需求,进行了元件选型和电路设计。软件设计采用改进型PID的单关节控制算法,提高了各个关节的控制精度和动态特性,并研究相应的多关节协调控制算法。最后确定了控制信号流的协同软件实现方法。基于软硬件设计搭建了多足机器人实验平台并进行实验测试。测试内容包括单关节控制、通信测试、多关节协调控制和控制信号流的协同测试。测试结果表明系统设计的可行性。为提高协同系统的实时性和可靠性,对系统的软件设计进行了改进,并采用相应的对比实验与测试。
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