縱深 | 外骨骼機器人高實時高能效控制器研究

摘要

外骨骼機器人在多個實驗室環(huán)境中取得了成功，但實際部署中仍面臨著一系列與控制器硬件相關的挑戰(zhàn)，包括控制器體積過大，實時性不足，計算資源瓶頸等問題。為了解決這些問題，開發(fā)了一套用于外骨骼機器人的具有可擴展性的硬件電路系統(tǒng)，同時兼顧了實時性和高算力特性。通過對控制器硬件信號流向進行建模，優(yōu)化通信線路和流量分配，降低了系統(tǒng)通信延遲。根據(jù)外骨骼機器人在空間和時間上對算力需求的差異，設計了基于步態(tài)的實時任務調(diào)度算法，優(yōu)化了算力分配。通過并行流水和模塊折疊復用的方式來設計運算加速器，有效減少了硬件資源的消耗，提高了系統(tǒng)算力。開展了控制器實時性測試、算力測試和助力外骨骼機器人負重行走試驗。經(jīng)測試，所設計的控制器主從通信延遲小于20μs，算力功耗比15 GOPS/W，相比于主流控制器架構(gòu)具有低延遲高算力特性。在平地，上下坡負重行走體現(xiàn)出良好的跟蹤效果，為外骨骼機器人更廣泛的應用打下了硬件基礎。

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責任編輯：趙子祎

責任校對：惲海艷

審　　核：張　彤

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