本发明涉及一种气动柔性关节计算机控制系统，适用于机械领域。
背景技术：
气动柔性关节应用在仿生机械上可以提高负载适应性，减少驱动装置的能源消耗，通过控制柔性关节相邻两腔气压和气压变化率可以控制关节弯曲角度和弯曲速率。柔性关节多以膨胀型气动人工肌肉作为动力元件研究了一种以伸长型动人工肌肉作为动力元件新型气动柔性关节。
技术实现要素：
本发明提出了一种气动柔性关节计算机控制系统，主要由主机和从机两部分组成，主机由一台工控机和机内所插的一块RTSII数据采集卡组成，主从机之间采用接口板连接，它们之间的通讯联络方式为双向并行通信。
本发明所采用的技术方案是：
所述控制系统中，在柔性关节的这种主从机式分级控制系统所述控制系统中，在柔性关节的这种主从机式分级控制系统中，主机可以完成多种控制和管理功能，它不仅可以完成控制用人机界面的生成、控制参数的设定、与从机的通讯、控制系统故障监测等管理功能，而且可以完成实时控制功能，也就是说它可以把柔性关节工作气压、关节与环境接触力等信号实时采集到主机上来，在主机上完成各种控制算法，诸如关节位姿控制、关节与环境接触力控制等等多种控制方案。
所述柔性关节的位姿控制主要是动作程度和实现过程的控制，根据目标位置，利用关节位姿公式确定目标压力值，在控制过程中，如果比例阀的输出压力达到目标值，柔性关节的位姿就处于要求的状态。
所述柔性关节的速度控制的关键，在于对柔性关节变形速度的控制，其控制策略是通过调整各关节的气体压力梯度，实现各手指的速度调整，为避免冲击和引起振动，气体压力的调整采用斜坡函数或余弦曲线信号，利用PID计算方法实现控制。
本发明的有益效果是：该控制系统运行可靠，可以实现多种控制算法，用它作为柔性关节主动控制的实验装置是合适的。
附图说明
图1是本发明的气动柔性关节控制系统图。
图2是本发明的柔性关节控制主程序图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例本发明作进一步说明。
如图1，气动柔性关节计算机主从控制系统，主要由主机和从机两部分组成，主机由一台工控机和机内所插的一块RTSII数据采集卡组成，主从机之间采用接口板连接，它们之间的通讯联络方式为双向并行通信。
在柔性关节的这种主从机式分级控制系统中，主机可以完成多种控制和管理功能。它不仅可以完成控制用人机界面的生成、控制参数的设定、与从机的通讯、控制系统故障监测等管理功能，而且可以完成实时控制功能，也就是说它可以把柔性关节工作气压、关节与环境接触力等信号实时采集到主机上来，在主机上完成各种控制算法，诸如关节位姿控制、关节与环境接触力控制等等多种控制方案。在主机上还可以进行柔性关节系统模型辨识、柔性关节动力学计算等工作。
从机是一个89C51单片机控制系统，其硬件组成为：MCS-51系列的89C51单片微处理器，可编程并行接口芯片8155，数模转换芯片TLV5618，单片机89C51的数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB以STD总线的方式把以上器件连接在一起。从机的位姿控制程序存储在EEPROM中，程序运行期间的数据存储在8155芯片内的256字节RAM区中.位置偏差经PID调节后所得到的控制指令(速度指令)经过8155的PB和PC端口送往数模转换芯片TLV5618，数模转换芯片TLV5618接收数字量速度指令将其转化为模拟量速度指令，送往速度环位姿控制所需的反馈信息由89 C51片内的定时器/计数器Tb和T1采集.与主机的通信使用89C51的外部中断功能。这种硬件配置既能够满足单关节位姿控制的要求，又能够满足主从式分级控制的要求。
从机的主要功能是电一气输出压力的控制，也就是柔性关节位姿控制和柔性关节与环境接触力控制。
如图2，柔性关节的控制策略为了合理实现位姿、末端速度和接触力，使柔性关节工作具有较好的性能指标，以改善动态和静态性能。
柔性关节的位姿控制主要是动作程度和实现过程的控制，根据目标位置，利用关节位姿公式确定目标压力值.在控制过程中，如果比例阀的输出压力达到目标值，柔性关节的位姿就处于要求的状态。
柔性关节的速度控制的关键，在于对柔性关节变形速度的控制。其控制策略是通过调整各关节的气体压力梯度，实现各手指的速度调整。为避免冲击和引起振动，气体压力的调整采用斜坡函数或余弦曲线信号，利用PID计算方法实现控制。
该程序建立主从机之间的通讯关系，提供从机运行所需要的参数和命令，能控制从机程序的走向，能够把轨迹规划所产生的位置信号送到从机进行关节位姿控制，能够检测反馈信息并能在主机上实现闭环控制。该程序用PC汇编语言编写，分为主程序、8ms定时中断服务程序、异步通讯中断服务程序以及参数传递子程序四个部分。
柔性关节运动规划程序产生控制界面，操作者可以在控制界面的提示下输入诸如转角、速度以及轨迹特征等信息。该程序能进行各种轨迹规划，并能将规划结果以不同形式存入数据文件中。
随机数序列生成程序产生控制界面，操作者可以在控制界面的提示下输入诸如转角、速度以及随机数范围等信息，该程序能生成使柔性关节转过任意角度的随机数序列，并能形成数据文件。
控制信号读入程序能将轨迹规划所得到的控制序列文件的内容读入内存指定区域，该程序用汇编语言编写。
该程序首先将压强传感器返回值写入内存指定区域，然后把内存指定区域的值写入数据文件中。
为了实现控制功能，从机控制程序由主程序、INTO中断服务程序和INTl中断服务程序组成。
从机主程序主要完成可编程并行接口芯片8155的初始化、89CS1内部一些特殊功能寄存器的初始化、看门狗软件操作、报警指示灯操作、向主机申请中断操作等功能。89051单片机上电后，其程序计数器PC=0000H，在EEPROM的0000H单元存放一条跳转指令，跳转到主程序开始部分，从那里开始执行主程序。主程序在执行过程中不时被INTO、INT1、和串行口中断三个中断服务程序所中断，中断服务完成后又返回主程序。
INTO中断服务程序是主机向从机提出的中断申请，只要主机向端口写数据，就表示主机同时向从机申请中断，这是由主从机之间的硬件连接所决定的。INT0中断服务程序的主要功能有：通过4000H和6000H端口读入主机送下的数据、89051内部RAM和8155内部RAM与主机交换信息、接收主机送下的影响从机运行的控制参数、启动8155内部定时器作2ms定时、程序运行状态指示、由主机送下的8m，位移增量指令求2m，位移增量指令、向主机申请中断、向速度环发指令、形成关节位置返回值等等。
INT1中断服务程序是8155片内定时器2ms，中断服务程序。当8155内部定时器2ms定时时间达到时，从8155芯片的TMROUT引脚(引脚6)发出一个中断申请信号，该中断申请信号通过89051的INT1引脚向89051提出中断申请，89051主程序受理此中断申请后，即进入INT1中断服务程序。该中断服务程序所完成的主要功能是：计算2ms内的位姿偏差、判断偏差是否超限、偏差乘以增益、形成速度指令、通过8155的PB和PC端口向速度环发速度指令、程序运行状态指示等等。
从主机取得期望位置和从机控制程序运行所需要的各种参数：向主机返回柔性关节实际位置和从机运行状态的有关信息。从机按照下面描述的方式从主机取得期望位置信号和从机控制程序运行所需要的各种参数：主机通过端口向从机传送信息的同时，又通过主从机之间的接口板向从机提出中断处理申请，该中断处理申请信号接在89C51的INT0端。89C51在接到INTO中断申请并响应之后进入相应中断服务程序，在该中断服务程序中，通过地址为4000H和6000H(按从机的编址方式)的两个端口读入主机发送过来的信息。主机向从机发送的信息分为两种：一种是期望位置信号，另一种是从机控制程序运行所需要的各种参数，这些参数包括:从机位置控制器的增益，关节运动时的位置偏差极限值，关节停止时的位置偏差极限值，关节停止2m。后的位置偏差极限值，驱动器输入为零时的位置偏差极限值，关节运动最低速度嵌位值，漂移补偿值。同时用4个协定使从机区分来自主机的信息是期望位置还是从机控制程序运行所需要的各种参数：如果主机发送到从机的信息(一次并行发送16位二进制信息)的最高位为1，那么从机把这种信息视为期望位置；如果主机发送到从机的信息的最高位为0，那么从机便认为这种信息是从机控制程序运行所需要的参数。
从机向主机返回信息时，首先通过89C51芯片的P1.0引脚和上从机之间的接口板和PC机内部的8259中断控制芯片向主机提出中断申请，主机接到这种中断申请后，进入相应的中断服务程序，在中断服务程序中，读入从机返回的信息。