仿人機(jī)器人驅(qū)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(nèi)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(shù)保密非常嚴(yán)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(shù)難度大,代碼復(fù)雜,知識門檻高,國內(nèi)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(jī)器人高性能感知控制系統(tǒng)與單元。本文研究了仿人機(jī)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(yùn)行仿人機(jī)器人控制程序,并在當(dāng)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(guān)文獻(xiàn)的幫助對RTAI系統(tǒng)的原理,組織結(jié)構(gòu),主要功能組件進(jìn)行了詳細(xì)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(shè)計機(jī)器人控制程序并實現(xiàn)了機(jī)器人在RTAI平臺上穩(wěn)定可靠和高效率運(yùn)行。作為仿人機(jī)器人的運(yùn)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(qū)動,CAN網(wǎng)絡(luò),EPA網(wǎng)絡(luò),Rtnet實時以太網(wǎng)絡(luò)等。
　　 經(jīng)過大量的調(diào)試和實踐,比較了仿人機(jī)器人行走實驗中機(jī)分別運(yùn)行Windows,Linux,RTAI時的各項參數(shù),包括控制周期,網(wǎng)絡(luò)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(jī)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(guān)硬件的RTAI驅(qū)動程序,仿

4、人機(jī)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(qū)動資源相對較少,所以傳感器驅(qū)動的實時化也是本文的重點內(nèi)容之一。包括RTAI驅(qū)動模型,驅(qū)動API以及實時驅(qū)動的具體實現(xiàn)等。
　　 4.最后對Rtnet實時以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)分析和成功應(yīng)用,實時的以太網(wǎng)極大地改善了網(wǎng)絡(luò)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(jī)器人成功用Rtnet實時以太網(wǎng)和EP