摘要

外骨骼機(jī)器人在多個(gè)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中取得了成功，但實(shí)際部署中仍面臨著一系列與控制器硬件相關(guān)的挑戰(zhàn)，包括控制器體積過(guò)大，實(shí)時(shí)性不足，計(jì)算資源瓶頸等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一套用于外骨骼機(jī)器人的具有可擴(kuò)展性的硬件電路系統(tǒng)，同時(shí)兼顧了實(shí)時(shí)性和高算力特性。通過(guò)對(duì)控制器硬件信號(hào)流向進(jìn)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(jī)器人在空間和時(shí)間上對(duì)算力需求的差異，設(shè)計(jì)了基于步態(tài)的實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度算法，優(yōu)化了算力分配。通過(guò)并行流水和模塊折疊復(fù)用的方式來(lái)設(shè)計(jì)運(yùn)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(kāi)展了控制器實(shí)時(shí)性測(cè)試、算力測(cè)試和助力外骨骼機(jī)器人負(fù)重行走試驗(yàn)。經(jīng)測(cè)試，所設(shè)計(jì)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(fù)重行走體現(xiàn)出良好的跟蹤效果，為外骨骼機(jī)器人更廣泛的應(yīng)用打下了硬件基礎(chǔ)。

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責(zé)任編輯：趙子祎

責(zé)任校對(duì)：惲海艷

審　　核：張　彤

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