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摘要：针对以往教育机器人自由度少、控制不灵活、教育功能弱的缺点，使用高集成度ARM芯片设计了一个简洁的17自由度人形机器人控制系统。规划了机器人的软硬件结构，设计了控制电路和驱动系统，采用1个定时器产生17路PWM驱动信号。重点以实例讲解了波形产生及驱动函数的编写方法和技巧。设计的机器人能够完成整套体操运动。这种方法在多自由度机器人操控和教学中具有广泛的借鉴意义。
1 系统方案设计
人形机器人控制系统包括机器人控制器和机器人遥控器两部分。其中控制器以飞利浦公司的ARM7处理器为核心，包含17个舵机控制驱动电路与接口、串口通信调试电路、遥控接口、电源等。通过串口下载和传输控制信息。机器人遥控器使用无线模块向机器人控制器发送指令，控制机器人完成规定动作。
2 硬件设计
人形机器人控制器主板由控制核心LPC2114、电源及检测电路、外部晶振、JTAG调试接口、串口模块、遥控模块、舵机接口、LED指示灯等组成，组成框图如图1所示。
LPC2114基于一个支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMI-S CPU，并带有128 k字节的高速Flash存储器，非常小的LQFP64封装、极低的功耗、2个32位定时器、4路10位ADC、PWM输出、46个GPIO以及多达9个外部中断使它们特别适用于工业控制、医疗系统、访问控制和电子收款机(POS)等[2]。
较高的功能集成度和强大的端口驱动能力使得机器人控制器主板电路的核心部分非常简洁，基本上实现了单芯片的设计，如图2所示为LPC2114控制器电路和4个舵机的驱动接口电路，其余13个舵机驱类同。
考虑到教育机器人的运动平衡控制，将PCB电路板按图3(a)所示位置布局。该布局除了处理器最小系统，以及必要的指示和控制电路外，最重要的就是17个舵机驱动接口，这里使用弯角3排针连接，保证链接的紧凑和可靠。17个舵机接口分为5组，与下载接口按照左右各9个布局，其中人形机器人的头包含1个舵机接口，负责左右运动，左胳膊包含3个舵机接口，分控肩、肘、腕3个运动自由度，左腿包含4个舵机接口，分控胯的左右/上下、膝盖及脚腕4个自由度。右胳膊与右腿的分控接口和功能与机器人控制器左半部分对称[3]。
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