傳統(tǒng)的機器人運動控制器大部分是以嵌入式單片機為核心的，但其運算速度和處理能力遠(yuǎn)不能滿足機器人控制系統(tǒng)飛速發(fā)展的需要，日益成為阻礙機器人技術(shù)進(jìn)步的瓶頸。隨著以電子計算機和數(shù)字電子技術(shù)為代表的現(xiàn)代高技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是高速度數(shù)字信號處理器DSP 的出現(xiàn)，從根本上解決了嵌入式系統(tǒng)運算能力不足的問題，并為機器人運動控制系統(tǒng)的改進(jìn)提供了新的途徑。該文正是從這一點出發(fā)， 選用控制能力很強的DSP芯片TMS320LF2407A作為機器人運動控制器的主處理器，設(shè)計出一種高性能機器人運動控制器，顯著地提高了整個機器人的運動性能。
　　1 　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　機器人的各種運動由各個關(guān)節(jié)軸系完成，機器人控制本質(zhì)上是對各關(guān)節(jié)軸系的控制。每個軸系具有一個自由度，可以完成某一方向的轉(zhuǎn)動任務(wù)，所有軸系同時協(xié)調(diào)運動就可以完成相對復(fù)雜的動作。國防科技大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院機器人教研室最新研制的仿人步行機器人，其內(nèi)部各關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　
　　圖1 　機器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
　　此機器人共有36 個自由度，分布在下肢、上肢、頭部和手指等各關(guān)節(jié)。所有軸系均由PWM 脈沖信號驅(qū)動控制，運動控制系統(tǒng)的任務(wù)就是對這些關(guān)節(jié)軸系進(jìn)行控制，具體由各底層控制器實現(xiàn)。整個控制系統(tǒng)采用分布式控制，在結(jié)構(gòu)上可分為3 個層次，如圖2 所示。
　　
　　圖2 　運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
　　1.1 　主控計算機模塊
　　主控計算機就是控制系統(tǒng)的“大腦”和司令部，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的在線運動規(guī)劃、動作及運動控制、語音交互控制、視覺導(dǎo)引控制以及人機交互等功能。主控計算機要求體積小，運算速度快，滿足機器人實時控制的要求，通常采用高性能小板工業(yè)控制計算機。它通過CAN 總線接口卡連接到通信總線上，與各底層控制器相連并交互信息。
　　1.2 　通信模塊
　　機器人控制的信息量大，對通信方面的要求很高，要保證各種信息在控制系統(tǒng)中及時準(zhǔn)確的傳輸，通信工具的選擇十分重要，該文選用當(dāng)前流行的CAN 總線作為通信標(biāo)準(zhǔn)。CAN （Controller Area Net-work） 總線是應(yīng)用最為廣泛的一種現(xiàn)場總線，也是目前為止惟一有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。相對于一般通信總線，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，可以滿足文中的設(shè)計要求。具體連接方式為：主控計算機通過CAN 總線接口卡連接到總線上，各底層控制器通過總線收發(fā)器掛接到總線上。只要所有器件都遵守相同的通信協(xié)議，就可以穩(wěn)定可靠的進(jìn)行信息傳輸。
　　1.3 底層控制器模塊
　　控制器處于整個控制系統(tǒng)的最底層，主要用來控制各運動關(guān)節(jié)軸系的具體執(zhí)行過程。控制器接收主控計算機的控制命令對各關(guān)節(jié)執(zhí)行軸系進(jìn)行控制，同時把底層信息反饋給主控計算機，實現(xiàn)大回路反饋，便于主控計算機協(xié)調(diào)規(guī)劃，統(tǒng)一管理?？刂破魇钦麄€控制系統(tǒng)的核心，也是該文研究的重點，它的性能直接關(guān)系到機器人運動能力。