基于STM32的类人机器人控制系统的研究

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类人机器人拥有多个可以灵活转动的关节,可以完成各种复杂操作和精细化作业,在服务、工业和军事等领域内具有巨大的应用潜力,因此相关研究工作成为国内外研究热点之一。类人机器人是一种集机械、电子、控制、通信等多种技术于一体的智能系统,尤其是控制问题更是类人机器人的核心技术。意法半导体公司的ARM处理器STM32,是一种高度集成的嵌入式控制器,具有功能全、速度快、输入输出通道多等优点,尤其适用于类人机器人这种多舵机控制的应用。本文基于ARM处理器STM32开发了适用于类人机器人的一种通用控制器,并进行了相关的实验和理论分析研究。首先,对类人机器人的结构和组成进行了分析,选定了由17个自由度组成的IMI-1类人机器人作为实验平台。其次,设计了基于ARM处理器的控制系统硬件电路,并进行了制作和调试。控制系统的硬件主要由STM32单片机、通信电路、FLASH存储电路、电源等构成。其中,STM32单片机是整个控制系统的核心,负责协调和监控整个控制系统的运行;通信模块主要负责人机交互时的数据传递;FLASH主要用来存储脱机运行时的位置信息;电源模块负责给控制系统和舵机提供电源。同时,提出了“分时细分控制”的思想,采用“差补法”实现了舵机的调速控制,解决了多路舵机的联动控制问题。采用Visual Studio C#编写了上位机软件,实现了良好的人机交互。为了实现复杂伺服控制需要,控制系统预先设计了多种传感器的输入接口。最后,以IMI-1型类人型机器人为实验平台,进行了机器人的快速行走,以及各种姿态的运动控制实验。实验结果表明,机器人的关节运动平稳,对复杂运动的步态控制精确,实现了在地面上的稳定行走,较好的解决了多路舵机联动控制,以及联动控制下的调速问题。
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