基于﹢EtherCAT总线的人形机器人控制系统设计

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1、第２２卷第１期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．１２０１６年２月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＦｅｂ．２０１６·空间智能机构技术·基于ＥｔｈｅｒＣＡＴ总线的人形机器人控制系统设计１２２２余秋蕾，张崇峰，陈萌，韩亮亮（１．华中科技大学机械科学与工程学院，武汉４３００７４；２．上海宇航系统工程研究所，上海２０１１０８）摘要：针对传统人形机器人控制系统存在的软硬件模块化程度低、通讯非实时、控制功能有限的问题，在分析空间站对人形机器人控制系统功能需求的基础上，以四核嵌入式控制器为操作平台，搭建了基于ＥｔｈｅｒＣＡＴ总

2、线的人形机器人分布式实验控制系统，实现了机器人任务规划与决策、数据管理和系统通信等功能，具有灵活高效的网络拓扑结构、模块化的软件架构。实验表明，该系统保证了信号采集的实时性和可靠性，控制的稳定性和高精度。关键词：人形机器人；ＥｔｈｅｒＣＡＴ总线；分布式控制系统；四核控制器中图分类号：ＴＰ３９文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１６）０１-００１６-０７ControlSystemDesignforHumanoidRobotBasedonEtherCATBusTechnology１２２２ＹＵＱｉｕ

3、ｌｅｉ，ＺＨＡＮＧＣｈｏｎｇｆｅｎｇ，ＣＨＥＮＭｅｎｇ，ＨＡＮＬｉａｎｇｌｉａｎｇ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＨＵＳＴ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｇｈａｉＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０８，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｈｕｍａｎｏｉｄｒｏｂｏｔｈａｓｍａｎｙｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａ

4、ｓｌｏｗｄｅ-ｇｒｅｅｏｆｍｏｄｕｌａｒｉｔｙｉｎｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅ，ｎｏｎ-ｒｅａｌ-ｔｉｍｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｌｉｍｉｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｆｕｎｃ-ｔｉｏｎｓ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｈｕｍａｎｏｉｄｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ，ａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＥｔｈｅｒＣＡＴｂｕｓｆｏｒｈｕｍａｎｏｉｄｒｏｂｏｔｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ

5、．Ｉｔａｄｏｐｔｅｄｔｈｅｑｕａｄ-ｃｏｒｅｅｍｂｅｄｄｅｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｓｉｔｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄａｃｈｉｅｖｅｄｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｆｕｎｃ-ｔｉｏｎｓ：ｒｏｂｏｔｍｉｓｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｄｅｃｉｓｉｏｎ-ｍａｋｉｎｇ，ｄａｔａｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｓｙｓｔｅｍｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄｎｏｔｏｎｌｙｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｒｅａｌ-ｔｉｍｅａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌ

6、ｉｔｙｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｂｕｔａｌｓｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓ-ｔｅｍ．Keywords：ｈｕｍａｎｏｉｄｒｏｂｏｔ；ＥｔｈｅｒＣＡＴｂｕｓ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ｑｕａｄ-ｃｏｒｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ形能够使航天员在交互环境中更舒适。人形机器１引言人系统属于非线性、高耦合系统，在协助航天员完我国载人航天工程任务向更高阶段发展，对成复杂的舱内外任务时，动力学效应多

7、变，机器人空间操控能力的提高也提出进一步需求。利用空关节脆弱、不稳定，运动过程中存在协调控制等问［２］间机器人协助航天员完成载荷及设备更换、平台题，进行机器人控制系统设计时，不仅要满足巡检与养护以及出舱协同作业等舱内外任务将成控制系统的普适性能，提供灵活、方便的操作方为未来机器人应用的重要方向。人形机器人作为式，以减轻航天员的操作负担，对控制系统响应的具备人类的外形特征和行动能力的智能机器快速性、实时性和操作的精度、安全可靠性也提出［１］人，在与航天员进行交互过程中，它类人的外更高要求。收稿日期：２０１５

8、-０９-２６；修回日期：２０１５-１２-１６基金项目：载人航天预先研究项目（０５０１０１）作者简介：余秋蕾（１９９１－），女，硕士，助理研究员，研究方向为机器人控制。Ｅ-ｍａｉｌ：ｙｕｑｉｕｌｅｉ＠ｈｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ第１期余秋蕾，等．基于ＥｔｈｅｒＣＡＴ总线的人形机器人控制系统设计１７［３］人形机器人的研究起步于１９６０年代后期，环境，机器人的控制器应该保证具有较高的可靠美国是世界上研究机器人航天员最早的国家，目性和安全性