基于智能体的仿人机器人控制系统设计

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1、上海交通大学硕士学位论文基于智能体的仿人机器人控制系统设计摘要仿人机器人具有众多的关节与自由度，包括双臂、颈部、腰部、双腿等，这些关节要连接在一起，进行统一的协调控制，这就对控制系统的可靠性、实时性都提出了更高的要求。因此，控制系统性能的好坏对整个仿人机器人系统的影响是至关重要的。为了提高仿人机器人控制系统的稳定性和实时性，特别是遇到异常情况时的稳定性和实时性，本文通过分析了各种控制系统的优缺点后，然后对分布式控制系统进行了改进，提出了基于智能体的仿人机器人分层控制系统。该系统主要由主控层、通讯层和执行层三部分构成，其中执行层被划分为多个智能体，每

2、个智能体具有自己的处理器、关节驱动器和传感器。每个智能体都具有一定的自主性，不仅可以将相应传感器的数据转换为机器人的实际状态，而且可以直接对机器人的一些异常情况进行处理，提高了系统处理突发事件的实时性，还能够协同主控层检测机器人肢体碰撞，缩短了机器人检测肢体碰撞的时间。为了满足基于智能体的仿人机器人控制系统的性能，采用TI公司的DSPTMS320F2812和Xilinx公司的CPLD设计了运算、通信能力强大的控制器，提高了控制系统的性能。同时采用实时内核uC/OS-II作为控制器的操作系统，提高了控制系统的实时性。将设计好的控制系统软件硬件应用到M

3、IH-1仿人机器人上进行实I摘要验，首先进行单个关节的运动控制调试，验证了控制系统的驱动能力可以满足MIH-1运动控制的要求；然后进行了MIH-1的协调性实验（如步态行走实验），验证了控制系统可以控制MIH-1进行行走；最后将基于智能体的仿人机器人控制系统和一般的分布式控制系统分别应用到MIH-1上，进行了一些实验，如处理机器人异常情况（遇到障碍物和关节卡死）和检测机器人肢体碰撞的实验，实验结果表明前者在处理类似问题的时候具有显著的优越性。关键字：仿人机器人，分层控制系统，智能体，实时性，关节控制器II上海交通大学硕士学位论文AgentsBased

4、ControlSystemDesignforHumanoidRobotABSTRACTHumanoidrobothasmanyjoints,suchasarms,neck,waistandlegs.Tocombineallthesejointstogetherandcoordinatethemtoaccomplishdesiredtasks,whatthehumanoidrobotneedsisacontrolsystemthathashighreal-timeabilityandstability.Therefore,tochooseasuita

5、blecontrolsystemissignificanttoahumanoidrobotsystem.Toimprovehumanoidrobotstabilityandreal-timeperformanceinunexpectedconditions,thispaperpresentsanovelhierarchicalcontrolstructurebasedonmulti-agents,includingmaincontrollayer,communicationlayerandexecutionlayer.Theexecutionlay

6、erconsistsofsomeagentsandeachagenthasitsowncontroller,motordriversandsensors.Eachagentnotonlycandetectself-collisionsbetweenrobotlinkscooperatingwithmaincontrollayer,butalsohastheabilitytodetectanddealwithsomeunexpectedconditionsoftherobotdirectly.Thusthecomputationburdenonmai

7、ncontrollayerisreducedandreal-timeperformanceofthesystemisimproved.Torealizethecontrolperformanceofthecontrolsystem,IemploytheprocessorofTMS320F2812ofTICorporationandCPLDofXilinxCorporationtodesignthejointcontroller,whichhashighcomputationandcommunicationperformance.Besides,Ic

8、hoosethereal-timekerneloperatingsystemuC/OS-IIastheoperatings