四足小象机器人实时控制系统的设计与研究

《四足小象机器人实时控制系统的设计与研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterResearchonReal-timeControlSystemfortheBabyElephantCandidate：DENGLimingStudentID:1110209273Supervisor：Prof.ZHAOXianchaoAssistantSupervisor:Dr.QIChenkunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAff

2、iliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：February,2014Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity万方数据万方数据万方数据万方数据上海交通大学硕士学位论文四足小象机器人实时控制系统的设计与研究摘要机器人作为人类感官的一种延伸，越来越广泛的应用在生产和生活当中。传统的移动式或履带式机器人只能在有限范围内进行活动，已难以满足人类的任务需求。步行机器人以其具有更广泛的地形适应能力，可以拓展人类作业的空间范围，比如可以应用在核电设备，煤矿井下和空间探测等方

3、面，因此开展对步行机器人的研究具有重要意义。在非结构化或危险的环境中，步行机器人需要对不确定环境做出及时反应，否则会导致机器人无法适应环境，比如未及时规划好避障算法而没能躲避障碍。因而实时性能是步行机器人适应环境的基础。本文主要研究步行机器人的实时性能，以小象机器人为载体，设计并实现了一个具有开放式结构的通用实时控制系统。本文的研究工作主要包括以下几方面：1.参与小象机器人机械结构的设计和制造。确定机器人的构型，构建机器人运动学正解。对机器人进行结构设计，并参与了样机的制造。2.设计基于PC+运动控制卡结构的控制系统硬件方案。分析了步行机器人的控制系统特点，采用了具有开放式结构的控制系统硬

4、件，即上位机采用PC104，负责人机交互、控制决策和轨迹规划以及传感器信号处理，下位机采用TurboPMAC，进行伺服控制，采用Elmo驱动器和Maxon电机。本硬件方案具有强大的信息处理能力、良好的扩展性和可移植性。3.对伺服控制参数进行配置并实现了速度光滑的轨迹插补算法。通过构建电机模型与对PMAC和Elmo驱动器伺服控制算法的分I万方数据摘要析，设定了PID参数、伺服频率等参数，实现了一种利用PVT插补算法来实现速度光滑的轨迹插补。4.实时控制软件的设计与开发。采用LinuxRTAI实时操作系统，编写了PMAC实时驱动程序，并实现了机器人控制的核心线程。5.平台搭建与性能测试。搭建了

5、实时控制系统的软硬件平台，并从操作系统实时性能，驱动程序的实时性能和整个系统对电机的控制性能三方面对系统进行了测试，实验结果表明，系统的实时性、插补算法的光滑性、电机响应的快速性和精确性能够满足四足小象机器人的控制要求。关键词：仿生四足机器人，实时系统，PMAC，LinuxRTAI，PVTII万方数据上海交通大学硕士学位论文RESEARCHONREAL-TIMECONTROLSYSTEMFORTHEBABYELEPHANTABSTRACTRobotwhichworksastheextensivesensorforhumanbeingshasbeenutilizedmoreandmorewi

6、delyinindustryandhumanlife.Thewheeledortrackedvehiclescanonlycarryouttaskswithinalimitedarea,whichnotsufficienttomeettheneedsofhumanbeings.Whilethewalkingrobot,whichisofacapabilitytoadapttoawiderrangeofterrains,willexpandtherangeofactivitiesforhumans.Forexample,itcanbewellappliedinnuclearpowerplan

7、ts,coalminingwellsandspaceexploring.Thus,itisveryimportanttocarryouttheresearchanddevelopmentonwalkingrobots.Intheunstructuredordangerousenvironment,awalkingrobotneedstorespondtotheuncertainenvironmenttimely,fore