驱动元件选择了直流伺服电机，其参数为200W／7220mm／107mN·m Maxon。其驱动器可实现位置、速度和转矩三种不同的控制方式：具有共振抑制和控制功能，可弥补机械的刚性不足，从而实现高速定位。同时，还采用PID滤波器，外加速度和加速度前馈，即PID+Kvff+Kaff滤波器。通过调节各参数，滤波器能对大多数系统实现精确而稳定的控制。因此非常适合应用于机器人控制系统。  

3 摇起控制策略  

由于体操机器人大范围的运动，摇起问题是高度非线性又极具挑战性的问题。摇起过程如同人在单杠一样，先使体操机器人来回摇动几次，体操机器人始终在下，一旦有足够的能量施加到系统上，机器人即进入倒立状态，如图4所示。  


  
Spong建议一种非线性反馈方法，这种方法利用部分线性反馈定义PD控制器。从直观上讲，当体操机器人从悬挂稳定平衡状态转移到倒立不稳定平衡状态的过程中，其势能是不断增加的，因此需要向系统输入足够的能量。本研究从能量增加的角度出发，采用带有振幅和频率的正弦方式和斜坡函数输入，这样可同时增加摆动。  


  
实验证明采用正弦和斜坡函数，此算法位于基于能量摇起模块void swing_up()中，这些数据分别从运．动控制器的2、1通道输入，需说明的是，在对体操机器人系统进行数学建模时已明确，体操机器人系统是一个力控设备，根据牛顿第二定律，力与加速度成正比，因此给系统施加的控制量就是加速度，而速度则是一个事先设定的较大数值，在控制过程中，一般不会达到这个速度值。这样保证产生的附加力随能量的增加而减小，可摇起体操机器人到倒立平衡位置。  

4 控制系统软件设计  

实施控制时，主要是控制软件的编写与控制其参数的调节。由于体操机器人控制系统的实时性要求较高，控制软件必须满足实时性的要求，本系统控制周期为6ms。控制软件必须在准确的控制周期内完成数据采样，处理并且发出控制信号给运动控制器。  

首先由上位PC机设置好控制参数，系统开始运行并完成初始化工作。底层控制器对各转动关节进行位置采样，同时接收来自上位PC机的控制指令，并把两者结合在一起进行分析，通过编写进去的控制算法生成相应的转矩控制信号，经功率放大后送给执行电机，同时把各关节的运动信息上传给PC机，如此反复，完成整个闭环运动控制。  

下位机控制器上电后主程序进行控制器初始化操作、禁止看门狗、设置关键寄存器、设置中断向量和中断寄存器、初始化事件管理器、基于能量摇起、进行实时控制模块等。其中实时控制模块中用到ADSP2181可编程定时器，它能够产生周期性的定时中断，定时间隔是处理器时钟周期的整数倍。当定时器被使能后，一个16位的计数寄存器TCOUNT每隔m个周期就会减1，其初始化程序如下：