仿人機器人的分布式控制系統設計
楊斌，蘇創波
上海交通大學自動化系，上海200240)
摘 要：針對仿人機器人系統自由度多，實時性與可靠性要求高的特點，設計了基于
CAN總線的具有windows與RT-Linux系統的雙主機的主控層結構的分布式控制系統，整個控制系統采用集中管理分散控制的方式，按照控制系統的結構和功能劃分為主控層、通信層、協調執行層3層。CAN總線與一般通信總線相比，它的數據通信具有較強的實時性，并且CAN總線連線簡單，降低了系統連線的復雜程度，增強了系統的可靠性：其中基于Windows的控制系統負責仿人機器人關節電機的調試以及傳感數據的顯示；基于RT-Linux的系統實現機器人的實時運動控制一實驗表明提出的分布式控制系統操作簡便、安全可靠、實時性強，能充分滿足仿人機器人系統調試與運動控制的要求
關鍵詞：仿人機器人；分布式控制；雙主機；買時性
中圖分類號：TP 27 文獻標識碼：A
Distributed Control System Design for Humanoid Robots
YANGBin．SU Jian-bo
(Automalion Department，Shanghai Jiao Tong University，Shan曲ai 200240，China)
Abstract：A humanoid robot contr01 system with distnbuted modularization is presented based on CAN bus a nd double PC control archi-tecture，tomeetthe requirements ofmuhi-degree-offreedom．real-time a nd stability pelrformanee Based onthe principle of centralizedmanagement a nd decentralized control，the control system is divided into three layers：main control layer，communication layer a nd actuating layer．CAN bus is a kind of field bus with better real-time performanee a nd stronger reliability．The main control layer system is based on Windows OS，responsible for testing a nd display of the sensor data received The other one is under RT-Linux 0S，aiming at realizing hulnanoid robot real tilne motion control Experilnental results show that the presented control s3 stem has good perfommnce of convenient operation，stability a nd real-time，meeting the requiremenls of humanoid robot testing a nd motion control
Key words：humanoid robot：distributed control：double PC：reaI-time
1引 言
近年來，仿人機器人已成為機器人領域研究的熱點。仿人機器人具有其他類型機器人無法比擬的優勢，便于融人人類日常生活和工作環境中，協助人類完成具體的任務[1]。然而仿人機器人作為一個復雜的多自由度系統，需要有效利用自身多傳感信息來感知外界環境及自身狀態變化，并對其運動執行機構進行調整，因此要求其控制系統需要有很高的可靠性和實時性。
本文針對仿人機器人的特點，從系統可靠性，穩定性，實時性以及整體性能的優化等多方面出發，設計了基于CAN總線協議的系統總線以及Windows和RT-Linux雙系統的仿人機器人主控層結構的分布式控制系統。本文所設計的系統在MIH-I(Mini Intelligent Humanoid robot-I)仿人機器人平臺上進行了實驗，結果表明，該設計方案系統調試方便，可很好地控制仿人機器人的各驅動電機協調工作，保證仿人機器人運動的穩定性和實時性。
2基于CAN總線的分布式控制系統
以往采用的集中式控制系統，控制功能高度集中，具有較快的數據傳輸速度和精度，但局部的故障就可能造成系統的整體失效。相對于傳統的集中式的控制系統，分布式控制系統具有高可靠性，易于維護，開放性和靈活性等特點，更能滿足仿人機器人運動控制的要求。因此，韓國的KHR-[2]。美國的Guroo[3]等先進系統都是采用了基于CAN(Controller Area Network)總線的分布式的體系結構，該結構可以簡化機器人控制系統的布線，提高了系統的可擴展性。CAN總線在工業領域中得到廣泛應用，具有成本低、可靠性高、結構簡單和開
放性好等特點，適于仿人機器人的控制系統[4]。
早先的機器人控制系統的設計中，較多使用的是windows，DOS等分時操作系統。這種操作系統追求系統整體平均性能的優化，操作界面友好，系統成熟，便于開發調試，但卻無法保證特定的任務在限定的時間內得到響應，也即不能滿足高實時性的要求， |
