软实时环境下机器人运动学逆解研究.pdf

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1、软实时环境下机器人运动学逆解研究李启源，等软实时环境下机器人运动学逆解研究ResearchontheInverseKinematicsofRobotunderSoftReal—timeEnvironment李名源裴洛龙(华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州510640)摘要：为有效抑制串联机构的末端振动，使机器人运动系统的运行更加平滑，设计了以PCI04为硬件基础、在RTLinux上进行二次软件开发的机器人控制系统。它通过PCI／ISA总线连接上位机和底层硬件接口电路，以控制伺服电机。分别研究了机器人系统的模型，以及在这

2、一软实时系统上采用反变换法+Pieper方法求解机器人的逆运动学问题。通过比较工业机器人在伺服控制、板卡控制和软件控制乏种模式下的运动性能，验证了软件方式的优越性，以及其在运动控制领域中的应用价值。关键词：机器人软实时系统硬件接口机器人建模逆运动学中图分类号：TP242文献标志码：A．Abstract：Inordertoeffectivelyinhibitthevibrationattheendofserialmechanismandtomaketherobotmotionsystemronmoresmoothly，thero

3、botcontrolsystemwithPCI04船thehRrdwarebasisandsecondarysoftwaredevelopmentunderRTLinuxisdesigned．Thehostcomputerisconnectedwithbottomlayerhardwareinterfacethi_；0u#PCI／ISAbusforcontrollingservomotor．Themodelofrobotsystemandthesolutionforinversekinematicsofrobotbyadopt

4、inginversetransformation+Piepermethodonthissoftreal-timesystemareresearchedrespectiveiy．Throughtheinter-comparisonamongservocontrol，boardcontrolandsoftwarecontrolforindustrialrobot，theresultverifiesthesuperiorityof80flw毗controlanditsapplicablevaluesinmotioncontrolfi

5、eld．Keywords：RobotSoftreal．timesystemHardwareinterfaceRobotmodelingInversekinematicsO引言典型机器人控制系统一般采用分层递阶结构⋯，即将一个复杂的任务层分解落实，最终形成一系列底层硬件系统可高速串行执行的简单“原子级动作”。这样的控制系统适用于大型、复杂、多任务环境下的机器人系统，然而当考虑到空间安装尺寸、运算速度和价格等因素时，上述传统控制系统架构就有了其“力不从心”的地方。在这种情形下，开源软实时操作系统架构下的机器人控制系统应运而生。l机

6、器人控制系统的组成机器人控制系统采用基于PC的技术路线。硬件结构以PCI04架构为基础，通过PCL／ISA总线连接以FPGA为核心的底层硬件电路；软件结构在RTLinux上进行二次开发，利用其实时性和多任务调度功能实现复杂的机器人任务¨1。国家自然科学基金资助项目(编号：60574004)；固家自然科学基全资助重点项目(编号：60736a泓)；教育部科技创新工程重大项目培育基金资助项目(编号：7∞069)。修改稿收到日期：201l—06一lO。第一作者李启源(1986一)，男。现为华南理工大学控制理论与控制工程专业在读硕士研究

7、生；主要从事机器智能及应用的研究。《自动化仪表》第33卷第4期2012年4月2RTLinux及应用系统RTLinux是在Linux内核下层添加了一个简单的实时内核㈨，将Linux本身作为这个实时内核的优先级最低的任务，即所有的实时任务的优先级都高于Linux系统本身的以及Linux系统下的一般任务⋯。RTUnu]【结构如图1所示。I⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯’lLhⅡx系统用户程序图1RTLinux结构图Fig．1StructureofRTLinux正常的Linux进程仍可以在Linux内核上运行，这样既可以使用标准分时操作系统即

8、Linux的各种服务，又能提供低延时的实时环境"】。机器人控制系统的软件部分采用lm．JIKIX平台，以C、C++语言编写，可以分为四部分：①人机接口(示教盒)；②任务调度与分解进程，负责从用户界面进程获得指令输13直接操作硬件软实时环境下机器人运动学逆解研究李启源，等人，结