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,Vol8 40

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基于ARM嵌入式系统的拟人机器人控制器的设计

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使用ARM9处理器S3C2410和RT2OS)的嵌入式系统。Linux构建小型拟人机器人控制器的系统架构,以拟人机器人的行走控制为例,从硬件和软件上介绍了控制器的实现方法。;开发中使用Petri,为拟人机器人的进一步研究提供了平台。

关键词:拟人机器人;舵机;嵌入式系统;Petri网;设备

驱动

中图分类号:TP242

文章编号:100020054(2008)0420482204

文献标识码:A

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Asim公司的Qrio、“HIT”THBIP2I等。不过这,成本高昂。目前也开发了很多简

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易的小型机器人,但其中大部分采用简单的单片机进行控制,可实现的动作和功能非常有限,或者需要连接上位机来对它进行控制,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。

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Humanoidrobotcontrollerbasedon

ARMembeddedsystem

LIUSen,MUChundi,ZHAOMingguo

(DepartmentofAutomation,TsinghuaUniversity,

Beijing100084,China)

Abstract:Alowcost,highperformancehumanoidrobotcontrollerwasdevelopedbasedontheARMprocessorandtheRTOS(real2timeOS).ThecontrollersystemarchitectureconsistsofaS3C2410chipwiththeARM9corerunningRT2Linux.Theimplementationincludinghardwareandsoftwareisillustratedbyarobotwalkingexample.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,产生周

收稿日期:2007203205

基金项目:科技部合作重点基金项目(2005DFA10920)作者简介:刘森(1978—),男(汉),湖北,博士研究生。

通讯联系人:慕春棣,教授,E2.tsinghua.edu.cnmail:muchd@mail

拟人机器人是机器人研究的一个重要分支,是

由仿生学、机械工程学和控制理论等多种学科相互融合而形成的一门综合学科。研究人员除了通过软