欠驱动机器人是一种部分关节为被动关节，能用较少的驱动装置完成复杂任务的机械系统。欠驱动机器人是近年来开始出现的一个较新的研究领域，针对欠驱动机器人系统的研究目前得到不少学者的关注。欠驱动机器人系统在很多的机器人系统例如多指机器人手、轮式移动机器人、太空机器人等非完整约束系统中都存在。因此近几年来，欠驱动机器人的运动控制问题引起国内外广泛的研究兴趣。同时，随着集成芯片技术的飞速发展，人们对欠驱动机器人控制的实时性和精度提出了越来越高的要求。  

本文设计了一种基于DSP的机器人控制系统。该控制系统采用两级控制结构。以通用PC作为上位机，完成目标设定、轨迹生成、系统管理和人机接口等功能；以美国Analog Device公司的定点数字信号处理芯片ADSP2181为核心，作为机器人控制的下位机。该控制器充分应用了DSP运算的高速性，提高了系统的实时和稳定性。  

2 体操机器人硬件系统设计  

2．1 控制系统硬件结构  

控制对象为三关节欠驱动体操机器人，其中手臂关节为被动关节。控制转矩来自两台直流伺服电机，配5l：l减速器伺服电机，经轴线相交的圆锥齿轮传输至驱动关节，驱动关节通过动力耦合作用使被动关节产生运动。欠驱动机器人控制系统的任务就是对驱动关***进行控制，电机运行之前从控制界面输入控制目标参数，上位PC机负责发送控制命令与数据采集。DSP处于整个控制系统的底层，主要用来接收来自PC机的控制命令，对驱动关节执行电机控制，同时把底层信息反馈给上位PC机，以实现机器人运动信息的数据分析等功能，用一块DSP运动控制卡对机器人的肩关节或髋关节进行插补计算和伺服控制，采用PCI标准总线进行上、下位机的通讯，实现双速率运行。控制箱面板提供了各关节工作状态显示及伺服报警提示，还可以对关节进行手动控制。三关节欠驱动体操机器人控制系统结构如图l所示，体操机器人本体如图2所示。  


  
2．2 运动控制器结构  

系统采用ADSP218l数字信号处理器为核心，实现高性能的控制运算的伺服运动控制器。如图3所示，运动控制器的控制过程为增量编码器的A、B相信号作为位置反馈输入信号，运动控制器通过四倍频、加减计数器得到实际位置。实际位置的信息保存在位置寄存器中，PC机可通过控制寄存器读取。运动控制器的目标位置由PC机设定，通过内部计算得到位置误差，经过数字伺服滤波器后，送到数模转换(DAC)或脉宽调制器(PWM)硬件处理电路，经过转换***后输出伺服电机的控制信号：+／-lOV模拟信号或PWM信号。  


  
2．3 系统的通讯  

系统采用PCI总线进行通讯。PCI总线的主要优点是性能高(数据传输率可达到132 264Mb／s)，总线通用性强，成本低，使用方便灵活。系统通讯采用PLX9054接口芯片，结合双口RAM，实现了DSP和PCI总线间的双向高速实时数据交换。PCI总线与双口RAM的数据交换，采用了定时传送加握手信号的方式进行。具体实现如下：上位机每隔一个固定的时间T下传一组数据，数据传送完成后，发出一个发送完信号，下位机接受到这个数据后，立即从双口RAM中读取数据。下位机上传数据也采用同样的处理方式。这种方式特别适合于机器人控制系统的通讯