小型爬壁机器人系统设计与应用

针对一种小型的双足爬壁机器人,设计开发了基于DSP2812处理芯片的控制系统.该机器人系统采用双足真空吸盘式结构和用3个电机驱动5个关节的欠驱动结构.双足真空吸盘式结构使其可以在光滑的墙面和天棚行走,又能够在交接面之间完成跨步行走.而欠驱动结构减少了电机的数目,从而减小了机器人的尺寸和降低了机器人的质量和能量消耗,但它也给机器人的控制和运动规划带来了新的挑战.已完成的系统设计包括运动模式设计、关节控制、通信模块设计和吸盘足控制等.实验结果证明了所提出方案的可行性.     

服务机器人手臂关节的模块化设计

设计出一种模块化机器人关节单元,可以完成同转运动,集直流电机驱动、控制及通信于一体.设计了由直流减速伺服电机和行星轮减速器组成的驱动系统,通过设计电机偏置传动实现中心孔走线,避免了机器人手臂控制电缆的磨损和缠绕问题.由单片机AT89S52、电机控制芯片LM629、电机驱动芯片LMD18200及增量式光电编码器完成了直流电机的控制,控制器局域网络(CAN)现场总线控制芯片SJA1000与CAN收发器PCA82C250组成的CAN总线串行通信系统减少了手臂内部的控制电缆线数量.经检测,该关节模块输出力矩为2 N·m,重复定位精度为±0.15°.     

纯电动汽车直流无刷电机控制器设计

利用DSP设计电机转速和电流双闭环的控制系统(系统硬件包括以DSP为核心的控制电路和以电机为对象的驱动电路),设计出了一种基于DSP的直流无刷电机控制器。控制系统采用TI公司的数字信号处理器DSP28335作为主控制芯片,硬件上设计了能适应800 W及以下功率的电机驱动控制器,该控制器主要包括功率驱动、逆变电路、电流采样电路、电源转换电路和转子位置检测电路等;同时在DSP软件开发环境CCS3.3下采用C语言编程,设计转子位置信号检测、电流采样和转速检测、PWM驱动信号输出、转速电流双闭环调节等功能。     

人工肌肉多自由度弯曲柔性关节的仿生蛇形机器人

设计了一种由气体驱动的波壳伸缩式人工肌肉的、多方向弯曲的柔性关节,阐述了由此弯曲关节为基础的模块、及由多模块构成的蛇形机器人的设计思路.此关节原理采用万向节为柔性骨架,弹性的波壳受气压后轴向膨胀作为肌肉动力.给出了柔性关节的简单结构、蛇形机器人的基本构造、接受与控制系统的硬件组成,气体驱动系统的原理图以及旋转配气阀的结构.     

串联弹性驱动器的控制策略应用于工业机器人

为提高工业机器人的控制及示教水平,首先设计串联弹性驱动器关节机械臂零力控制系统和比例-积分-微分(proportion integration differentiation, PID)位置控制系统,然后搭建MATLAB仿真系统,最后采用串联弹性驱动器力跟踪实验的方法,研究了串联弹性驱动器关节机械臂零力控制系统的正确性和控制算法的可行性。结果表明:设计的机器人零力控制系统和控制策略能够提高机器人的柔顺性和控制效率。可见,基于力/位置混合的驱动控制方法,在实现机器人在到达指定位置的同时,能够提高机器人示教水平。     

基于DSP的大功率多轴控制系统

针对一般特种机器人的功能特性和作业特点,建立了基于TMS320F2812和高电流PN半桥驱动芯片BTS7960的大功率多轴控制系统,并对控制系统的驱动电路、电流采样电路、位置检测模块、CAN总线通信电路等进行了分模块设计.设计过程中充分利用TMS320F2812的片上资源,提高了机器人控制系统的稳定性和可靠性,减少了控制系统的体积和功耗.在机器人控制系统软件设计方面,利用C语言完成了主程序及相关中断子程序的编写.通过相应的电机控制实验,对DSP(digital signal processor)大功率多轴控制器进行了功能测试.测试结果表明,该系统性能可靠、集成度高,能够很好地满足一般特种机器人的控制要求.     

一种全数字控制的直流伺服驱动器的设计

针对机器人一体化关节的运动控制为背景,提出了一种先进的低压直流伺服的设计方法,在硬件设计上,既可驱动直流有刷电机又可驱动直流无刷电机,拓宽了该直流伺服驱动器的应用范围;配备EPA(Ethernet for Plant Automation)实时以太网通讯接口,通讯速率高且数据传输的确定性和实时性好。在软件设计上,采用三环闭环控制,其中速度环的控制采用先进的单神经元自适应控制,稳定性好,鲁棒性强,实验结果证明该算法有效解决了负载扰动给系统造成的不稳定性。     

仿生四足机器人嵌入式控制系统设计与实验分析

仿生设计一款小型的单腿具有四自由度的仿生四足机器人,开展机器人运动学正逆解分析。基于ARM Cortex-M3内核的嵌入式芯片建立了机器人控制系统。该控制系统以半双工串口通讯方式向各个关节数字舵机发送步态数据包,控制舵机转动角度值,从而精确地控制四足机器人的稳定协调运动。实验结果表明:机器人在行走过程中机身的横滚角、俯仰角、偏航角(RPY角)变化较小,运动较为平稳,验证了机器人运动学正逆解准确性;以及所设计的嵌入式控制系统能较为精确地控制四足机器人运动,实现稳定的四足行走。该小型的嵌入式控制系统具有运算处理速度快、外设可扩展性和存储能力强的优点,满足仿生四足机器人智能算法、低功耗运动要求。     

输电线巡检机器人位姿变化的柔性关节控制策略

为降低输电线巡检机器人的柔性关节输出速度的波动程度，采用极点配置方法设计柔性关节伺服驱动系统控制器参数.该参数的选择随机器人位姿变化而变化，从而使机器人柔性关节伺服驱动系统能够获得平稳的输出速度.首先建立了机器人柔性关节伺服驱动系统动力学方程，并求得电机转速到电机电磁转矩的传递函数；接下来将PI控制策略应用于柔性关节伺服控制，求得控制系统闭环传递函数；然后采用相同阻尼系数的极点配置策略设计控制器参数；最后开展了巡检机器人越障情况下变位姿工况的柔性关节控制实验，结果说明可通过适当选择极点配置参数使柔性关节获得良好的输出速度.     

六轴工业机器人控制系统的设计与实现

随着工业机器人在工业领域的应用不断拓展,作为工业机器人核心组成部分的控制系统成为研究的热点。该文简要阐述了工业机器人的构造以及控制系统在工业机器人整体设计中的重要性,在现有工业机器人控制系统的基础上,探讨了六轴工业机器人控制系统的设计与实现,包括六轴工业机器人控制系统的硬件架构、关节伺服电机与驱动器以及工控机软件系统的设计等。