基 于 神 经 网 络 ＰＩＤ 控 制 器 的 外 骨 骼 系 统 设 计

来源：计算机技术与发展杂志2021年第05期北京时间：

作者：游博洋;王险峰;赵玲;李龙;逄万山;党志强

摘要：外 骨 骼 关 节 驱 动 电 机 使 用 区 别 于 常 规 需 要 对 应 情 况 长 时 间 调 参 的 普 通 ＰＩＤ 控 制 器 ， 以 可 自 适 应 的 神 经 网 络 ＰＩＤ控 制 器 为 核 心 控 制 方 法 。 使 用 ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６ 作 为 外 骨 骼 机 器 人 的 局 部 控 制 器 ， ＯｒａｎｇｅＰｉ ＰＣ 为 高 性 能 核 心 控 制 器 ， 使 用ｎＲＦ２４Ｌ０１、 ＷＨ１４８ Ｂ１０Ｋ、 ＨＸ７１１、 肌 电 传 感 器 、 ＡＢ 相 编 码 器 、 ＭＰＵ９２５０、 ＡＣＳ７１２ 等 模 块 分 别 实 现 各 区 间 ２． ４ ＧＨｚ 无 线 ／ ＣＡＮ（ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ， 独 立 控 制 器 局 域 网 络 ） 有 线 通 信 、 关 节 角 度 采 集 、 足 底 压 力 采 集 、 ＥＭＧ 采 集 、 整 体 姿 态 采 集 和 电 源 信息 采 集 。 该 外 骨 骼 机 器 人 将 使 用 高 性 能 的 锂 电 池 组 作 为 能 源 ， 整 体 机 械 结 构 使 用 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 对 各 部 分 关 节 等 结 构 进 行 设计 和 建 模 ， 并 考 虑 加 工 成 本 和 难 度 问 题 ， 使 用 ３Ｄ 打 印 和 钻 铣 等 加 工 方 式 完 成 各 零 件 加 工 。 在 算 法 中 使 用 基 于 肌 电 信 号（ ｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒｓｐｈｙ， ＥＭＧ） 、 零 力 矩 点 （ ｚｅｒｏ ｍｏｍｅｎｔ ｐｏｉｎｔ， ＺＭＰ） 步 态 稳 定 性 判 据 和 惯 性 测 量 单 元 （ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ，ＩＭＵ） 作 为 主 动 控 制 器 的 核 心 ， 并 在 单 片 机 程 序 底 层 中 实 现 类 分 时 操 作 系 统 ， 各 分 区 使 用 带 校 验 数 据 帧 的 通 信 方 式 。 经 开发 验 证 ， 该 设 计 可 行 并 方 便 模 块 化 升 级 改 进 。

关键词：外 骨 骼 ; ＳＴＭ３２; ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ; 肌 电 信 号 ; 稳 定 性 判 据