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嵌入式Linux移动机器人控制系统

嵌入式Linux开发平台为基础,根据模糊控制算法进行机器人路径规划,同时将两自由度云台和超声波测距模块相结合,扩大了障碍物检测范围。根据测试,移动机器人可以根据操作人员的语音指令,实现前进、后退、测量距离等动作,并通过MP3播放功能播放出所测量到的距离值和机器人当前的运行状态。在运行过程中,机器人可以自动检测方位并修正,实现无碰撞行驶。

随着科学技术的发展和社会的需要,移动机器人技术得到了迅速发展,正在渗透到各行各业中,使人们的生活更加便利。现今以单片机为核心的移动机器人存在处理数据量有限、控制系统速度低、人机交互机制单一等缺点,不能满足机器人多任务的要求。系统中增加协处理器的系统结构也得到了广泛应用,虽然可以管理多种传感器,但这种结构却增加了硬件的冗余度和复杂度

移动机器人属于能够自动执行工作任务的机器,不但能够按照事先编译的程序运行,同时人类还可对其指挥。当前主要被运用在生产业、建筑业以及航空航天领域,而该领域的发展情况直接关系到国家综合实力的提升速度,对此加强对移动机器人控制系统的发展情况,以及未来发展方向的研究势在必行。 

国内外常见的移动机器人控制系统  

相对于国内在移动机器人的研究状况,能够看出国外在该领域的研究是较早的,其中具有代表性的有Saphira、TeamBots以及ISR。而在国内方面,代表性的有OSMOR、ZJMR以及Agent。下面,便对较为常用的控制系统进行介绍:  

1.1 国外移动机器人控制系统    

1.1.1 Saphira控制系统  

Saphira控制系统是移动机器人领域中最早的系统,是有SRI国际人工智能中心在1990年所研发的,此系统是基于本地感知空间的共享内存与黑板,来实现协调与通信进程。由于Saphira是采用C语言来进行开发的,同时支持Windows与Unix系统,因此具有文档资料相对完整、系统资源占用少等特征。但是需注意的是,由于Saphira系统在定位方面无法达到当前的实际需求,因此运用是相对较少的。   

1.1.2 TeamBots控制系统  

本系统是基于Java包与Java应用程序而构建的,经过20余年的发展后,此系统截止到目前已经被运用到多种类型的机器人平台当中。除此之外,在适用的操作系统方面,其中具有代表性的有Windows、MacOS以及Linux等,因此其运用的范围是更加广泛的。   

1.1.3 ISR控制系统  

ISR是基于行为的控制模式,其中是有任务执行层、反映层以及推理层所构成的,是有CAS研究中心所研发的。其中,任务执行层的作用是执行推理层所传输的指令;反映层其中包含资源、控制器以及行为;推理层的功能是根据用户的指令来对决策进行制定。此外,ISR控制系统仅能够在Linux中进行操作,并且没有公开化使用。   

1.2 国内移动机器人控制系统  

OSMOR是我国首个机器人系统,此系统在传感器处理方面具有明显的优势,并且为了能够防止出现数据处理的复杂性与传感器多样性的影响,本控制系统将传感器数据的处理划分为单独结构当中。但是需注意的是,OSMOR属于沈阳自动化研究所的实验室自主开发的机器人系统,因此被没有得到广泛的运用。  

与此同时,我国各个高校也加大了对移动机器人的研究力度。其中,浙江大学构建了ZJMR系统;中南大学研究了室外自主导航系统;南京理工大学经过研究后,提出了Agent系统。河海大学提出了集控式足球机器人系统;东北大学研发了基于自主式足球机器人的底层控制系统;清华大学是基于多机器人协作的层面为核心,并构建了系统框架,由于此框架不够成熟,因此并没有运用到市场中。   

基于嵌入式Linux的移动机器人控制系统

1 控制系统硬件设计

控制系统选用两轮独立驱动小车为移动式机器人平台,后轮为一个尼龙万向轮。处理器为三星公司的S3C2440,系统主频最高可达533 MHz,外接512 MB的NAND Flash和64 MB的SDRAM,支持SPI、I2C、UART等接口,满足移动机器人控制系统的需求,如图1所示。

嵌入式Linux移动机器人控制系统

图1 系统硬件组成

整个控制系统工作过程如下:语音识别芯片LD3320通过SPI总线接口接人ARM 处理器,处理器可以对识别的结果进行分析和汇总,并通过查表提取出操作人员的命令码;同时,处理器通过串口读取机器人当前的航向信息;超声波测距和红外线地面检测模块由处理器的GPIO 引脚控制;通过控制两自由度的云台,可以进行多方位的超声波障碍物检测,利用LD3320模块的MP3播放功能播放所检测到的障碍物距离和路况信息。控制系统根据传感器的数据和所识别的操作人员的命令码,利用信息融合技术提取环境特征,通过路径规划技术作出决策,控制电机状态,最终控制机器人的姿态。

2 控制系统软件设计

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