τ为系统的广义外力，体操机器人在运动过程中的总能量为：

   
Ki，Pi分别为第f个关节(手臂、躯干、腿)的动能和势能。
    在整个摇起过程，为保证能量不断增加须满足，能量的导数必须满足如下条件：

   
    根据文献的研究结果：利用M(q)一C(q，q)为反对称矩阵，有：

   
    显然，为满足能量不断增加的不等式条件，摇起控制转矩可选择为：

   
式中sgn()为取符号函数，Ni为附加力。
    实验证明采用正弦和斜坡函数，此算法位于基于能量摇起模块void swing_up()中，这些数据分别从运．动控制器的2、1通道输入，需说明的是，在对体操机器人系统进行数学建模时已明确，体操机器人系统是一个力控设备，根据牛顿第二定律，力与加速度成正比，因此给系统施加的控制量就是加速度，而速度则是一个事先设定的较大数值，在控制过程中，一般不会达到这个速度值。这样保证产生的附加力随能量的增加而减小，可摇起体操机器人到倒立平衡位置。

4 控制系统软件设计
    实施控制时，主要是控制软件的编写与控制其参数的调节。由于体操机器人控制系统的实时性要求较高，控制软件必须满足实时性的要求，本系统控制周期为6ms。控制软件必须在准确的控制周期内完成数据采样，处理并且发出控制信号给运动控制器。
    首先由上位PC机设置好控制参数，系统开始运行并完成初始化工作。底层控制器对各转动关节进行位置采样，同时接收来自上位PC机的控制指令，并把两者结合在一起进行分析，通过编写进去的控制算法生成相应的转矩控制信号，经功率放大后送给执行电机，同时把各关节的运动信息上传给PC机，如此反复，完成整个闭环运动控制。
    下位机控制器上电后主程序进行控制器初始化操作、禁止看门狗、设置关键寄存器、设置中断向量和中断寄存器、初始化事件管理器、基于能量摇起、进行实时控制模块等。其中实时控制模块中用到ADSP2181可编程定时器，它能够产生周期性的定时中断，定时间隔是处理器时钟周期的整数倍。当定时器被使能后，一个16位的计数寄存器TCOUNT每隔m个周期就会减1，其初始化程序如下：
void init_interrupt()
{disable0；∥关闭中断(在初始化中断过程中严禁产生中断)
outportb(0x43,0x36)；／／写中断控制字
outportb(0x40,0xf6)；∥写数据寄存器：0x40为数据寄存器内存映射地址
outportb(0x40,0xlb)；∥数据为16位时钟细分比率，先写入低字节0xf6，后写入高字节0xlb
oldhandler=getvect(INTR)；∥保存原有的中断服务程序句柄
setvect(INTR，handler)；／／设置新的中断服务程序句柄
enable()；∥打开中断}
    上述中断初始化代码创建一个6毫秒的定时器中断，即当打开中断后，将每隔6毫秒对体操机器人系统进行一次实时控制。6毫秒的定时时间是通过向数据寄存器写入0x1bf6=7158获得的。

5 结语
    基于高性能ADSP2181的控制器设计能够满足机器人的摇起控制要求，且由于采用PC+控制器分级控制和模块化设计思想，将有利于软、硬件升级，及大大缩短开发周期。系统在实验室进行机器人摇起实验时，各电机轴运转平稳，动作协调轨迹跟踪实时性好，机器人没有出现抖动、喘振等现象。
    今后还需要探讨更多的摇起与平衡控制策略，完善DSP的控制程序。