仿人機器人驅動與控制程序的實時化.pdf

1、實時操作系統(tǒng)在國外發(fā)展比較迅速,但是目前國內企業(yè)和高校科研大多采用商業(yè)的VxWorks和QNX系統(tǒng),它們不僅價格昂貴而且技術保密非常嚴格,非常不利于自主操作系統(tǒng)的發(fā)展和研究。另一方面由于開源免費操作系統(tǒng)技術難度大,代碼復雜,知識門檻高,國內的一些和研究和討論都不是很深入。
　　 本文課題來源于國家863重點項目-仿人機器人高性能感知控制系統(tǒng)與單元。本文研究了仿人機器人系統(tǒng)采用實時操作系統(tǒng)的必要性和可行性,致力于在實時Linux操

2、作系統(tǒng)上運行仿人機器人控制程序,并在當前流行的幾種實時操作系統(tǒng)中選用了RTAI操作系統(tǒng)。
　　 本文在如下幾個方面做了大量的研究和工作:
　　 1.通過部分源代碼和相關文獻的幫助對RTAI系統(tǒng)的原理,組織結構,主要功能組件進行了詳細的分析,最后由試驗數(shù)據(jù)的分析和比較論證了RTAI實時系統(tǒng)在實時性能方面的優(yōu)勢。
　　 2.設計機器人控制程序并實現(xiàn)了機器人在RTAI平臺上穩(wěn)定可靠和高效率運行。作為仿人機器人的運行和控

3、制平臺,RTAI實時系統(tǒng)需要解決的問題包括各種控制算法,傳感器數(shù)據(jù)采集,硬件驅動,CAN網(wǎng)絡,EPA網(wǎng)絡,Rtnet實時以太網(wǎng)絡等。
　　 經過大量的調試和實踐,比較了仿人機器人行走實驗中機分別運行Windows,Linux,RTAI時的各項參數(shù),包括控制周期,網(wǎng)絡傳輸量,數(shù)據(jù)傳輸速率等,最終證明RTAI實時Linux操作系統(tǒng)對機器人的速度和其他方面的性能提升是非常明顯的。
　　 3.實現(xiàn)了相關硬件的RTAI驅動程序,仿

4、人機器人的控制需要,用到各種外部數(shù)據(jù),主要包括六維力和力矩,三維的姿態(tài)數(shù)據(jù)和加速度等,由于RTAI的傳感器驅動資源相對較少,所以傳感器驅動的實時化也是本文的重點內容之一。包括RTAI驅動模型,驅動API以及實時驅動的具體實現(xiàn)等。
　　 4.最后對Rtnet實時以太網(wǎng)絡協(xié)議進行了詳細分析和成功應用,實時的以太網(wǎng)極大地改善了網(wǎng)絡傳輸?shù)牟淮_定性和延遲。而且兼容一些現(xiàn)場總線比如CAN協(xié)議,最后在仿人機器人成功用Rtnet實時以太網(wǎng)和EP