自平衡人形机器人动作控制器的设计

动作控制器主要由3个MSP430F149并行工作，每个MSP430F149控制8个舵机，总共实现对24个舵机的控制。每个MSP430F149有定时器TA和定时器TB两个模块，其中定时器TA通过比较模式输出2路PWM波控制2个舵机，定时器TB通过比较模式输出6路PWM波控制6个舵机。而且定时器工作在比较模式下时，能在一次设置完成后，不需要CPU干预的情况下持续进行PWM输出，同时保证各路信号之间没有干扰，因此一路比较输出即可独立控制一个舵机，动作控制器可实现对多达24个舵机的控制，对多关节人形机器人提供足够的控制通道。
采用比较输出PWM波形的方法相比较采用中断方式的控制方法，具有简单，输出PWM波形稳定，整个控制系统的鲁棒性高等特点。该课题也曾采用过中断控制方式，但用示波器观察输出的PWM波形，波形极不稳定。而且中断嵌套过多之后，单片机程序很容易跑飞，完全不能满足控制系统的稳定性要求。而采用文中所述动作控制器的设计方法后，比较输出的PWM波波形稳定，而且单片机也没出现死机或跑飞的现象。
MSP430F149输出为3．3 V TTL电平，而舵机控制信号要5 V TTL电平，在实际电路设计中要进行电平转换。考虑到舵机的控制信号对功率没有要求，必要加专用驱动芯片，而采用CMOS工艺的CD4081四2输入与门进行电平转换，利用其门电路输入电压门限宽的特点即可解决电平转换的问题。
舵机动态工作时，需要脉冲式的电流，通过普通的电源供电，实验表明：由于舵机瞬时供电不足，致使舵机力矩不够，运动不能达到预先的姿态效果，在反复探索后，决定采用电容的快速放电特性来提供瞬时大电流，由于舵机数量大，设计时在舵机电源处并接大容量电容，总容量0．22F×6。正常小电流工作时，电容被充电处于饱和，当需要瞬时大电流时，电容能快速放电，从而保证舵机正常稳定的工作。
3个MSP430F149分别控制部分关节上的舵机，这要求3个MSP430F149充分协调一致的工作。因此采用总线通信方式，将3个MSP430F149挂接到串行通信总线上，并留出总线接口，以接收主控制器的命令。
1．2．2 软件实现
动作控制器的软件设计，是以硬件为基础，接收主控制器的命令，对命令进行解析，并控制产生具体的PWM波形对舵机进行动作控制。图4描述了动作控制器中软件的实现流程。