基于ARM嵌入式系统的拟人机器人控制器的设计

为满足低成本、高性能的要求, 提出在拟人机器人控制器的设计中引入基于ARM 处理器和RTOS (Real2timeOS )的嵌入式系统。

清华大学学报(自然科学版)2008年第48卷第4期

CN1122223 N.48,No.4JTsinghuaUniv(Sci&Tech),2008,Volw8

.net.cnhttp: qhxbw.chinajournal

刘　森,　慕春棣,　赵明国

(清华大学自动化系,北京100084)

摘　要:为满足低成本、高性能的要求,提出在拟人机器人控制器的设计中引入基于ARM处理器和RTOS(Real2time

OS)的嵌入式系统。使用ARM9处理器S3C2410和RT2

Linux构建小型拟人机器人控制器的系统架构,以拟人机器

件进行仿真,还制作了各种类型的机器人实体。比较著名的国外有本田公司的Asimo、sony公司的

开放机器人项目OpenPIQrio、NO等,国内有北京理工大学牵头研制的“汇童”拟人机器人、哈工大的“HIT”足球机器人、THBIP2I等。,。目前也开发了

[]

,但其中大部分采用简单,可实现的动作和功能非常有限,,自主性不足。基于现有的条件,综合考虑系统的性能和成本,作者研制了一种基于ARM9处理器,采用嵌入式Linux的小型拟人机器人,可以实行静步行走,同时可扩展视觉、无线网络和音频输入输出功能,是一种可完全独立自主化的拟人机器人,为相关学科的研究提供了一个验证平台,还可以作为大学和中专院校机电专业、自动化专业、计算机专业、仪表与检测专业的试验平台,进一步完善后,也是机器人舞蹈和机器人足球等项目的良好载体。

[1-3]

人的行走控制为例,从硬件和软件上介绍了控制器的实现方法。硬件选用高集成度的嵌入式处理器并采用模块化设计;软件开发中使用Petri网建模并利用Linux良好的驱动程序框架,降低了开发难度,提高了系统的可扩展性。最后给出了在机器人避障中的应用,,人机器人的进一步研究提供了平台关键词:拟人机器人;网;设备

驱动

中图分类号:TP242

文章编号:100020054(2008)0420482204

文献标识码:A

Humanoidrobotcontrollerbasedon

ARMembeddedsystem

LIUSen,MUChundi,ZHAOMingguo

(DepartmentofAutomation,TsinghuaUniversity,

Beijing100084,China)

Abstract:Alowcost,highperformancehumanoidrobotcontrollerwasdevelopedbasedontheARMprocessorandtheRTOS.ThecontrollersystemarchitectureconsistsofaS3C2410chipwiththeARM9corerunningRT2Linux.

Theimplementationincluding

hardwareandsoftwareisillustratedbyarobotwalkingexample.ThehardwareplatformusesamodulardesignwithahighlyintergratedembeddedCPU.APetrinetisusedtomodelthecontrolflow.ThesoftwareisbasedontheLinuxdevicedriverframewithsimplifiesthesystemandimprovestheexpansibility.Thecontrolsystemsuccessfullyenabledtherobottoevadeobstaclesandprovidesaplatformforfurtherdevelopmentofhumanoidrobots.Keywords:humanoidrobot;servo;embeddedsystem;Petrinet;

devicedriver

1　拟人机器人系统架构

1.1　拟人机器人机械结构设计

在机械结构和自由度分配上,设计的拟人机器

)来构成各人采用双轴输出伺服电机(也称为“舵机”

个活动关节,其中2条下肢各6个关节,2条上肢各4个关节,头部1个关节,共需使用21个舵机。拟人机器人实物如图1所示。

舵机是一种位置伺服的驱动器,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是:控制信号进入舵机内部的信号调制芯片,获得直流偏置电压;内部还有一个基准电路,

基于ARM嵌入式系统的拟人机器人控制器的设计