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以嵌入式计算机为核心的嵌入式系统(Embedded System)是继IT网络技术之后,又一个新的技术发展方向

机器人技术的发展从来就是与嵌入式系统的发展紧密联系在一起的,机器人技术的研究就是嵌入式技术的应用,而嵌入式技术的发展必定促进机器人智能化水平。机器人技术的发展从来就是与嵌入式系统的发展紧密联系在一起的,机器人技术的研究就是嵌入式技术的应用,而嵌入式技术的发展必定促进机器人智能化水平。

现有的大多数机器人,都采用单片机作为控制单元,以8位和16位最为常见,其处理速度较低,没有操作系统,无法实现丰富的多任务功能,系统的潜力没有得到充分的发掘和应用。基于ARM9的机器人视觉系统的目标是在选定好的S3C2410平台上移植并配置Linux操作系统,针对平台和应用的特点,制作合适的文件系统,为机器人视觉系统构建稳定的软硬件开发环境。其次编写应用程序,通过S3C2410平台,从USB摄像头实时采集图像,并利用这款嵌入式处理器的强大运算能力,对图像进行后期的处理,完成目标识别与定位,作为机器人动作单元的输入。最后针对机器人关节所使用的电机,编写特定的设备驱动程序,保证操作系统可准确地控制机器人动作,响应视觉处理的结果,开发一套完整的"机器人视觉系统"。

(1) 视觉系统

采用USB摄像头作为视觉采集器件。其优点是接口通用,驱动丰富,传输速率快。同时,Linux操作系统对于USB设备的支持较好,方便了应用程序的编写和调试。网眼(WebEye)v2000摄像头,采用了ov511芯片(Linux源代码中有相应的驱动程序),适合用于开发。

这里采用高端的32位嵌入式微处理器:基于ARM体系结构的S3C2410芯片(由三星公司生产),其主频为200MHz。它提供了丰富的内部设备:分开的16kB指令Cache 和16kB数据CacheMMU虚拟存储器管理、LCD控制器、支持NAND Flash系统引导、系统管理器、3通道UART、4通道DMA、4通道PWM定时器、I/O端口、RTC、8通道10位ADC和触摸屏接口、IIC-BUS接口、USB主机、USB设备、SD主卡和MMC 卡接口、2通道的SPI以及内部PLL时钟倍频器。S3C2410采用了ARM920T内核,0.18μm工艺的CMOS标准宏单元和存储器单元。

(2) 硬件平台组成

一块核心母板,配备CPU、16MB的NOR Flash、64MB的NAND Flash、32MB 的SDRAM,并设置系统从NAND Flash启动;一块外设电路板,负责系统和外设器件

的连接,布设有2个USB接口、1个UART口、24个3针插座(用于控制机器人的关节)以及电源接口等。核心母板与外设电路板通过内存插槽进行连接。

2. 软件平台的构建和配置

目前,越来越多的嵌入式系统采用了Linux作为操作系统。Linux功能强大,运

行稳定,驱动齐全,配置灵活,内核紧凑,从来就与嵌入式系统有密不可分的关系。Linux内核版本众多,其中2.4系列比较成熟,在嵌入式平台中应用广泛,资料齐全。这里使用Linux- 2.4.18-rmk7-pxa1版本。 a. 配置开发板软件环境

将系统引导程序烧写进入S3C2410核心母板。这里采用了三星公司推荐的vivi

程序。通过对vivi中参数的设置,完成对Flash的分区。

(1) 下载源代码,在PC端建立交叉编译环境;armv4l-unknown-linux-gcc可以将Linux内核编译为适用于ARM体系结构的二进制代码;

(2) 配置内核:使用make menu-config命令,将USB设备支持、USB摄像头驱动(针对OV511芯片)、NAND Flash驱动,以及挂载嵌入式文件系统所需要的驱动程序静态编译到内核中; (3) 编译内核:使用交叉编译工具,将源代码编译为可执行二进

制内核镜像,生成文件zImage;(4) 下载内核:将zImage通过串口线,利用vivi的

数据烧写功能,下载到Flash的内核分区中(kernel); c. 制作文件系统

嵌入式系统中常见的文件系统有CRAMFS、JFFS、JFFS2、YAFFS等。考虑到实

际的需求,这里采用了CRAMFS。在内核配置时对CRAMFS的驱动代码进行静态编译,并且利用mkcramfs工具制作经过仔细裁剪的文件系统映像,利用vivi的烧写指令下载到Flash的root分区。最终的文件系统映像小于3MB,这是由嵌入式系统较为紧张的

存储资源决定的。

启动系统,通过PC机的超级终端,可看到启动信息:包括内核的版本、Flash分区表、交叉编译器的版本,以及内核中静态编译的组件等。3. 驱动程序的编写和应用

程序的开发

视觉功能的最终实现,首先需要为机器人的关节电机编写驱动程序,使操作系统可完成对机器人动作的控制,作为对视觉结果的响应。视觉绝非最终目的,而是机器

人获取信息的一种途径,其根本目的在于为机器人的动作、行为提供策略或数据支持。单纯的视觉并没有意义。机器人全身的关节均为舵机。舵机结构简单,控制方便,外部只有3个引脚:电源、地、PWM信号。对舵机的控制实际上就是要产生频率、脉宽合适的PWM波。

S3C2410芯片内部集成4个PWM发生单元。驱动程序利用其中的一个作为机器人头部电机的控制信号源,通过改写寄存器的值,改变频率和占空比,产生期望的PWM波。

将驱动程序交叉编译为模块,在系统启动后动态地插入内核中。模块加载前独立于内核,方便了驱动程序的调试。编写简短的测试程序,确认关节电机可以正常工作。

这里为机器人视觉系统搭建了一个实际的应用场景:活动的目标小球在背景中运动,期望机器人可以识别目标并对其定位,最后控制头部跟随目标运动(好像机器人在盯着活动目标观察一样)。机器人视觉处理程序的主要功能为:

(1) 从USB摄像头实时读取视频数据,进行简单的预处理;

(2) 随后进行图像处理,主要完成空域的图像增强。通过对图像进行二值化,将目标小球从背景中提取出来;

(3) 计算目标的位置,进而计算出机器人头部的旋转角度,通过舵机驱动程序,控制机器人头部转动到目标所在角度,实现对目标物体的跟踪。

经过实验,机器人头部可较好地跟踪目标,实现了视觉原型系统。

机器人视觉系统的开发只是嵌入式系统在机器人领域中应用的一个方面。事实上,还有很多值得我们继续去实现的子系统,诸如语音系统(语音识别、语音输出)、行走控制(设计算法,实现平稳的行走)、网络系统(未来的机器人将不再会是独立的个体,多机器人的协同工作是必然的趋势;同时,机器人同其他设备的连接需求也越来越迫切)等等。应当承认,虽然目前的嵌入式处理器已经具备了比较强大的功能,但是受功耗、体积、成本因素的限制,在实时视频(音频) 处理、多媒体协同计算等方面,其速度仍然无法满足需求;所以,更强劲的嵌入式处理器也是将来在为机器人选择控制单元时的重要考虑因素。

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嵌入式机器人 以嵌入式计算机为核心的嵌入式系统(Embedded System)是继IT网络技术之后,又一个新的技术发展方向 机器人技术的发展从来就是与嵌入式系统的发展紧密联系在一起的,机器人技术的研究就是嵌入式技术的应用,而嵌入式技术的发展必定促进机器人智能化水平。机器人技术的发展从来就是与嵌入式系统的发展紧密联系在一起的,机器人技术的研究就是嵌入式技术的应用,而嵌入式技术的发展必定促进机器人智能化水平。 现有的大多数机器人,都采用单片机作为控制单元,以8位和16位最为常见,其处理速度较低,没有操作系统,无法实现丰富的多任务功能,系统的潜力没有得到充分的发掘和应用。基于ARM9的机器人视觉系统的目标是在选定好的S3C2410平台上移植并配置Linux操作系统,针对平台和应用的特点,制作合适的文件系统,为机器人视觉系统构建稳定的软硬件开发环境。其次编写应用程序,通过S3C2410平台,从USB摄像头实时采集图像,并利用这款嵌入式处理器的强大运算能力,对图像进行后期的处理,完成目标识别与定位,作为机器人动作单元的输入。最后针对机器人关节所使用的电机,编写特定的设备驱动程序,保证操作系统可准确地控制机器人动作,响应视觉处理的结果,开发一套完整的"机器人视觉系统"。 (1) 视觉系统 采用USB摄像头作为视觉采集器件。其优点是接口通用,驱动丰富,传输速率快。同时,Linux操作系统对于USB设备的支持较好,方便了应用程序的编写和调试。网眼(WebEye)v2000摄像头,采用了ov511芯片(Linux源代码中有相应的驱动程序),适合用于开发。 这里采用高端的32位嵌入式微处理器:基于ARM体系结构的S3C2410芯片(由三星公司生产),其主频为200MHz。它提供了丰富的内部设备:分开的16kB指令Cache 和16kB数据CacheMMU虚拟存储器管理、LCD控制器、支持NAND Flash系统引导、系统管理器、3通道UART、4通道DMA、4通道PWM定时器、I/O端口、RTC、8通道10位ADC和触摸屏接口、IIC-BUS接口、USB主机、USB设备、SD主卡和MMC 卡接口、2通道的SPI以及内部PLL时钟倍频器。S3C2410采用了ARM920T内核,0.18μm工艺的CMOS标准宏单元和存储器单元。 (2) 硬件平台组成 一块核心母板,配备CPU、16MB的NOR Flash、64MB的NAND Flash、32MB 的SDRAM,并设置系统从NAND Flash启动;一块外设电路板,负责系统和外设器件

基于ARM的嵌入式系统在机器人控制系统中的应用.

基于ARM的嵌入式系统在机器人控制系统中的应用 摘要:依据现代机器人技术的发展特点,提出了一种基于ARM (AdvancedRISCMicroprocessor)、DSP和arm-linux的嵌入式机器人控制系统的设计方法,介绍了嵌入式系统,给出了功能设计、结构设计、硬件设计、软件设计的控制系统的设计过程,并分别从上述各方面对控制系统的通用性进行了探讨。层次化的体系结构、模块化的硬件、结构化的软件使得设计出的机器人控制系统经过简单的硬件调整和软件定制,就能适用于多种机器人。通过七自由度串 摘要: 依据现代机器人技术的发展特点,提出了一种基于ARM (Advanced RISC Microprocessor)、DSP和arm-linux的嵌入式机器人控制系统的设计方法,介绍了嵌入式系统,给出了功能设计、结构设计、硬件设计、软件设计的控制系统的设计过程,并分别从上述各方面对控制系统的通用性进行了探讨。层次化的体系结构、模块化的硬件、结构化的软件使得设计出的机器人控制系统经过简单的硬件调整和软件定制,就能适用于多种机器人。通过七自由度串联机器人抓取工件的实例验证,该机器人控制系统性能稳定、具有一定的通用性。 关键词: 嵌入式系统,控制系统,ARM,机器人 1 前言 随着科学技术的发展,机器人将在太空探测、救灾防爆、海洋开发等领域有着广阔的应用前景,因而其发展正在成为国内外研究人员关注的焦点[1,2,3]。分析上述各种用途的机器人,其构成不外乎机构本题和控制系统两大部分。机构本体在体现机器人特色的同时,也决定了其必然是无人系统,在恶劣的环境下,机器人要具备一定的自主能力。这就要求机器人有一定的“判断能力”和“想法”,需要复杂的算法,包括运动算法和模式识别算法。一般的微处理器是无法完成这项任务,而上述各种机器人又无法使用计算机控制作业,32位微处理器和嵌入式操作系统的出现解决了此问题。 嵌入式系统是指以应用为核心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪,以及适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统[4,5,6,7]。作为嵌入式系统的核心,嵌入式微处理器为8位、16位或32微处理器。但由于8位和16位微处理器的运行速度、寻址能力和功耗等问题,已较难满足相对复杂的嵌入式应用场合。在32位嵌入式应用领域内,ARM (Advanced RISC Machine)获得了巨大的成功[8,9,10,11]。ARM微处理器一般具有体积小、低功耗、低成本、高性能的特点;例如,由于它有大量的使用寄存器,指令执行速度更快,于是大多数数据操作都在寄存器中完成;它的寻址方式灵活简单,执行效率高,指令长度固定等。在ARM中,可以嵌入嵌入式操作系统,在此系统上可完成复杂的算法,可以代替PC机完成各种任务。

嵌入式系统及其在机器人中的应用

嵌入式系统及其在机器人控制中的应用 2012-6-11 (XXXX,XXXX,XXXX) 摘要:介绍了嵌入式系统的相关概念及其特点,综述了嵌入式系统在机器人运动控制系统、远程控制、视频监控系统等方面的相关应用。在了解了嵌入式系统在机器人控制中的应用现状的基础上,提出了基于嵌入式系统的机器人技术的发展趋势。 关键词:嵌入式机器人远程控制视频监控 Embedded System and its Application in the System of Robot Control WuMengmeng (School of Mechanical Engineering, Nantong University, 11100003) Abstract:The related concepts and characteristics of the embedded system were introduced in this paper. The motion control system, remote control and video monitoring systems which used embedded system was also reviewed.By understanding the present situation of the application of embedded system used in robot control, the development tendency of robot technology based on embedded system was put forward. Keywords: embedded system, robot, remote control, video monitoring systems 引言 以嵌入式计算机为核心的嵌入式系统(Embedded System)是继IT网络技术之后,又一个新的技术发展方向,它以其强大而灵活的可应用性得到了计算机、通信和信息等产业的广泛认可,已被广泛应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、网络及电子商务、环境监测和机器人控制等领域[1]。嵌入式系统的出现与发展将真正实现计算机的“无处不在”。 机器人技术的发展从来就是与嵌入式系统的发展紧密联系在一起的,机器人技术的研究就是嵌入式技术的应用,而嵌入式技术的发展必定促进机器人智能化水平。70年代中期以后,由于智能控制理论的发展和微处理器的出现,机器人逐渐成为研究的热点,并且获得了长足的发展。目前,嵌入式系统在机器人控制系统被广泛采用。 1 嵌入式系统 1.1 嵌入式系统的定义及其特点 嵌入式系统从应用角度出发,它是20世纪70年代以后计算机发展的一个分支,以应用为中心,以计算机技术为基础,软、硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面有严格要求的专用计算机系统。简单的说,嵌入式系统是嵌入到目标体系中的专用计算机系统[1]。 嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式软件操作系统以及用户的应

嵌入式与机器人不得不说的故事

嵌入式系统在机器人控制中的应用 1嵌人式系统的简介 嵌入系统是指以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可剪裁,适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它主要由嵌入微处理器、外围硬件设备、嵌人式操作系统以及用户应用软件等部分组成。用于实现对其它设备的控制、监视和管理等功能,它通常嵌人在主要设备中运行。 一个最小的嵌人式系统的基本组成为: ①一个用作引导的可用设施(工具); ②一个具备内存管理,进程管理和定时器服务的LINUX微内核; ③一个初始进程; ④硬件的驱动程序; ⑤一个或几个应用进程以提供必要的应用功效。 嵌入式系统与普通的PC系统相比主要具有以下特点: (1) 嵌入式系统功耗低,体积小,专用性强。嵌入式CPU工作在为特定用户群设计的系统中,能够把PC中许多板卡完成的任务集成到芯片内部,有利于嵌入式系统设计的小型化。 (2) 嵌入式系统中的软件一般固化在存储芯片或单片机本身中,以提高实行速度与系统可靠性。硬软件都必须高效设计,系统要精简,对软件代码质量要求很高。操作系统一般和软件集成在一起。 (3) 嵌入式系统开发需要专门的开发工具和开发环境。 2 嵌入式系统在机器人中的应用 不论是在工业控制中,还是在商业领域里,机器人技术都得到了广泛的应用。从用于生产加工的传统工业机器人到丰富大众生活的现代娱乐机器人,都与嵌入式系统密不可分。现有的大多数机器人,都采用单片机作为控制单元,以8位和16位最为常见,其处理速度较低,没有操作系统,无法实现丰富的多任务功能,系统的潜力没有得到充分的发掘和应用。 随着嵌入式控制器越来越微型化、功能化。机器人技术获得更大的发展机遇,无论从控制系统的结构还是机器人的智能程度方面都得到了很大的提高。以索尼的机器狗为代表的智能机器宠物是最典型的嵌入式机器人控制系统,除了能够实现复杂的运动功能,它还具有图像识别、语音处理等高级人机交互功能,它可以模仿动物的表情和运动行为。火星车也是一

嵌入式系统在智能机器人中的应用

嵌入式系统在智能机器人中的应用 吉祥利 (中南大学信息科学与工程学院电子信息工程湖南长沙 410075) 摘要(abstract):简要介绍嵌入式系统的概念,技术特点.重点阐述嵌入式系统在机器人控制中的应用.以嵌入式智能足球机器人为例,利用模块化和可扩展的思想设计和分析了硬件系统和软件系统.嵌入式智能机器人平台具有硬件体积小、模块化、易扩展、功耗低,软件实时性强、可定制、可靠性高等优点,其具有广泛的应用前景. 关键词(key words):嵌入式系统,智能机器人,Windows CE.NET,人机交互. 1引言(Introduction) 随着科学技术的进步,机器人得到了快速的发展,促进了机器人被广泛的应用到各行各业中.但目前机器人的智能水平并不高,仍处于初级阶段,智能机器人研究面临俩个核心问题:一是提高机器的自主性,即希望机器进一步独立于人,具有更为友善的人一机界面;二是提高机器的适应性,即就机器与环境的关系而言,希望加强它们之间的交互关系[1]. 为促进当前智能机器人研究和应用,迫切需要开发“具有开放式结构的、模块化、标准化的嵌入式智能机器人平台”.这种智能机器人平台具有硬件体积小、模块化、易扩展、功耗低,软件实时性强、可定制、可靠性高等优点,可以广泛地应用于自主式移动机器人上,将有着广泛的应用前景[2]. 2 嵌入式系统简介(Embedded Intelligent Robot introduction) 一般来说,嵌入式系统是执行专用功能并被内部计算机控制的设备或者系 统0,即嵌入到对象体系中的专用计算机系统0,嵌入性0,专用性0与计算机系统0是嵌入式系统的三个基本要素.它主要完成信号控制的功能,体积小,结构紧凑,可作为一个部件埋藏于所控制的装置中,它提供用户接口、管理有关信息的输入输出、监控设备工作,使设备及应用系统有较高智能和性价比.嵌入式系统由嵌入式硬件与嵌入式软件组成,硬件以芯片、模板、组件、控制器形式埋藏于设备内部,软件是实时多任务操作系统和各种专用软件,一般固化在ROM或闪存中。嵌入

工业机器人嵌入式实时控制系统

工业机器人嵌入式实时操纵系统 1操纵系统结构 工业机器人操纵系统是一个多任务并行并具有很高实时性的系统。当前主流操纵系统大致分为两种结构[10]。一是多处理器主从式的操纵系统。主机一般为IPC,使用INTEL的CPU,运行的是非实时操作系统,例如windows。在主CPU中主要运算一些非实时任务。从机可能是运动操纵卡或运动操纵器,负责执行伺服操纵等实时性高的任务,其CPU一般为嵌入式的DSP,负责复杂的信号处理和伺服操纵等运算,再加上FPGA芯片负责系统I/O信号处理。第二种系统结构是单处理器配合实时操作系统。在这种操纵器中,所有的任务都要在一个CPU上实行,这就对各个任务如何合理使用CPU时间提出了极大的要求。一开始的机器人多采纳单个处理器,但因为当时处理器性能不高,且不能运行实时操作系统,难以满足对机器人实时性以及复杂的伺服操纵的要求。所以随着时间的推移,多处理器结构占据了主流。近年来,嵌入式实时操作系统的进展给单机处理器完成机器人操纵任务提供了可能。通过实时操作系统对所有任务实行CPU时间分配,达到多任务并行处理的效果和极短的中断响应时间,能够达到机器人操纵需求。 操纵系统对输入数字信号的处理和伺服电机的操纵等都在μC/OS-III 中编写用户应用代码来完成。要使用μC/OS-III,首先要完成 μC/OS-III在STM32F4上的移植。这其中涉及对源代码中与CPU相关的代码的修改,包括μC/OS-III中CPU相关代码和μC/CPU中相关代码。移植好后,通过系统配置模块来给μC/OS-III相对应模块和用户代码文件实行参数设置,便可在μC/OS-III系统下,利用μC/OS-III 提供的丰富的API函数来编写用户任务代码。BSP文件包含操纵板上所有外设的初始化,这样用户才能使用这些外设来输出输入相对应的信号。对用户代码,即软件结构的分析将在下一节实行。这样,系统软硬件架构都是具有模块化和开放性特征,便于修改和升级。 2操纵系统软件结构

基于嵌入式系统的机器人定位技术的研究

基于嵌入式系统的机器人定位技术的研究 发表时间:2017-12-31T10:19:55.160Z 来源:《电力设备》2017年第25期作者:桑运晓刘同壮贾超伟潘俊朋[导读] 摘要:机器人的准确定位是其完成导航、控制任务的关键。(山东科技大学机械电子工程学院山东青岛 266590)摘要:机器人的准确定位是其完成导航、控制任务的关键。本文针对一套自主研发嵌入式系统机器人,研究了机器人的定位技术,文章主要从硬件系统和软件系统两个方面进行阐述。关键词:嵌入式系统;机器人;定位技术随着机器人性能不断地提高,移动机器人的应用范围大为扩展,不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用,而且在城市安全、国防和空间探测领域等场合也有很好的应用前景。因此,移动机器人技术已经得到全世界的普遍关注。 一、硬件系统本课题所设计的的嵌入式系统的机器人定位系统按照功能可以划分为五大部分:机械结构子系统、传感器子系统、机器人供电子系统、定位子系统和上位机。其硬件体系结构框图如图。图3.1硬件体系结构框图机械结构子系统:本课题研究所用的移动机器人实验平台为学校自主开发,机械结构部分主要包括车身、电机、车轮及车轴连接件等。采用三轮结构,前轮为万向轮,两个后轮为差动驱动轮,由两个直流电机驱动。机械结构子系统是轮式机器人定位系统的载体,但在实验过程中定位子系统也可以脱离机械结构子系统单独进行调试。传感器子系统:使用TI的16位模数混合处理芯片MSP430F149为核心,控制相关传感器,为定位提供当前周围环境测距、加速度、角速度和罗盘方位等信息。设计了RS-485及RS-232接口,并使用工业级Modbus协议与上位机平台进行通讯。 GPS定位子系统:以HOLUX公司的GR-87型GPS定位模块为卫星接收模块,微控制器为TI公司的MSP430系列中的F149型单片机,对符合NMEA-0183协议的地理位置信息进行解析,然后在MzLH04-12864点阵LCD模块上显示当前位置与运动信息,以方便调试。同时通过RS-232串口按照Modbus协议的RTU模式与上位机进行通讯。机器人供电子系统:由两块铅酸蓄电池和机器人专用电源模块组成,给各个子系统供电。除了提供+5、+9、±15和+24输出外,还具有电压电流监测,过流保护,电池的过充过放保护等功能。上位机电子地图定位软件系统:通过RS232串口以Modbus协议的RTU模式分别与GPS定位子系统和传感器子系统进行通讯。 二、软件系统本课题的软件系统按照结构体系分为三大部分:GPS定位子系统、传感器子系统和上位机电子地图定位软件系统。按照控制结构分为三个层次:传感器层、信息处理层和上位机显示综合层,如图3.2所示。第一功能层:传感器层。该层主要由三轴加速度检测、电子罗盘方向检测、超声波测距检测、三轴陀螺仪角速度检测、GR87卫星定位模块组成,分属于传感器子系统和GPS定位子系统,用于采集机器人的经纬度坐标、运动状态与环境信息。各模块都有相应的信号调理电路,并通过一定的接口(RS232,SPI等)与所属的子系统控制器相连接。 图3.2软件体系层次图第二功能层:信息处理层。GPS定位子系统主要从事NMEA-0183协议的解析工作,采取串口中断触发模式,然后分析从GR87卫星定位模块收到的信息并进行解析,再经过时间调整等一系列处理,最后存储在缓存区,等待上位机的命令,如果需要就按照Modbus协议发送定位信息数据帧给上位机。同时实时显示当前的位置与运动状态信息,以及有关卫星的信息。传感器子系统主要完成对当前环境测距、加速度、角速度和罗盘方位等信息的采集和处理功能,并可以与通过Modbus协议上位机通讯。第三功能层:上位机显示综合层。电子地图定位软件采用VisualBasic6.0语言开发,以GoogleEarth中的三维立体卫星拍摄的实景图片作为地图,更加生动直观,可以方便的找到参照物。该软件定时通过Modbus协议与GPS定位子系统和传感器子系统进行通讯,得到移动机器人的实时位置状态、运动状态与环境信息,并通过地图界面显示出来。同时还具有距离测量,运动轨迹显示等功能。在用户输入基准点经纬度坐标后,还可以根据差分GPS定位原理进行差分定位,进一步提高定位精度。信息处理层定时从传感器层获取信息,并进行处理,将处理结果存储至缓存区,然后等待上位机显示综合层的命令。上位机显示综合层通过与两个子系统之间按照Modbus协议获取信息,并综合处理再显示。结论 本文基于一套自主研发的轮式机器人,研究了移动机器人的定位技术,设计了该轮式机器人基于全球定位系统的定位体系结构,实现了基本的定位与电子地图功能,切实提高了该轮式机器人的自动化水平,为后续研究提供了良好的软硬件平台。参考文献:

嵌入式在机器人中的应用

近年来,基于机器视觉的智能机器人在工业等各个领域中得到了广泛的应用.本文针对应用中遇到的一些问题,提出了将机器视觉与嵌入式系统相结合的思想.开发了一种通用的嵌入式系统平台,进行操作系统的移植和图像匹配等算法的研究,并将其应用于移动机器人的视觉导航,取得了较好的效果。 随着Internet技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密,嵌入式设备与Internet 的结合已成为大势所趋。此时期新的微处理器层出不穷,要求嵌入式操作系统的设计更加便于移植,支持更多的微处理器。嵌入式系统的开发需要强大的硬件开发工具和软件支持包。通用计算机上使用的新技术、新观念开始逐步移植到嵌入式系统中,如嵌入式数据库、移动代理、实时CORBA等。各类嵌入式Linux操作系统在全球数以百万计爱好者的合力开发下迅速发展,由于具有源代码开放、系统内核小、执行效率高、网络功能强,多媒体人机交互界面友好等特点,很适合信息家电等嵌入式系统的需要。 一、嵌入式系统的技术特点 早期的嵌入式系统设计方法,通常采用“硬件优先”原则,即在只粗略估计软件任务需求的情况下,首先进行硬件设计与实现。然后,在此硬件平台上再进行软件设计。因而很难达到充分利用软硬件资源,取得最佳性能的效果。同时,一旦需要对设计进行修改时,整个设计流程将重新进行,这对成本和设计周期的影响很大。这种传统的设计方法只能改善软件/硬件各自的性能,在有限的设计空间不可能对系统做出较好的性能综合优化,在很大程度上依赖于设计者的经验和反复实验。 上世纪90年代以来,随着电子系统功能的日益强大和微型化,硬件和软件也不再是截然分开的两个概念,而是紧密结合、相互影响的。因而出现了软硬件协同(codesign)设计方法,即使用统一的方法和工具对软件和硬件进行描述、综合和验证。在系统目标要求的指导下,通过综合分析系统软硬件功能及现有资源,协同设计软硬件体系结构,以最大限度地挖掘系统软硬件能力,避免由于独立设计软硬件体系结构而带来的种种弊病,得到高性能低代价的优化设计方案。 二、嵌入式系统的发展趋势 在网络、通信、微电子发展的基础上,以及势不可挡的数字化信息产品的强大需求推动下,嵌入式技术具有广阔的发展创新空间。 (1) 低功耗、高性能、高可靠性的系统需求对我国芯片设计是一个机遇。以嵌入式处理器为领头的国产CPU、片上系统(SoC)、片上网络系统(NoC)将有很大的发展。 (2) Linux正逐渐成为嵌入式操作系统的主流;J2ME技术也将对嵌入式软件的发展产生深远影响。目前自由软件技术备受青睐,并对软件技术的发展产生了巨大的推动作用。嵌入式操作系统内核不仅需要具有微型化、高实时性等基本特征,还将向高可信性、自适应性、构件组件化方向发展;支撑开发环境将更加集成化、自动化、人性化;系统软件对无线通信和能源管理的功能支持将日益重要。近几年来,为使嵌入式设备更有效地支持Web服务而开发的操作系统不断推出。这种操作系统在体系结构上采用面向构件、中间件技术,为应用软件乃至硬件的动态加载提供支持,即所谓的"即插即用",在克服以往的嵌入式操作系统的局限性方面显示出明显的优势。 (3) Java虚拟机与嵌入式Java将成为开发嵌入式系统的有力工具。嵌入式系统的多媒体化将变成现实。它在网络环境中的应用已是不可抗拒的潮流,并将占领网络接入设备的主导地位。 (4) 嵌入式系统与人工智能、模式识别技术的结合,将开发出各种更具人性化、智能化的实际系统。智能手机、数字电视,以及汽车电子的嵌入式应用,是这次机遇中的切入点。伴随网络技术、网格计算的发展,以嵌入式移动设备为中心的"无所不在的计算"将成为现实。 三、嵌入式系统在机器人技术中的应用

嵌入式机器人

嵌入式机器人视觉系统的设计与实现 (南通大学电气工程学院电134) [摘要]科技的飞速发展推动了工业生产的自动化,基于机器视觉的智能机器人在工业等各个领域中得到了广泛的应用。本文大胆提出了将机器视觉与嵌入式系统相结合的思想。针对嵌入式系统资源的有限性,提出了一种基于DSP的机器人视觉系统的嵌入式解决方案,包括设计系统的硬件平台、操作系统的移植、应用软件的开发等[1]。 [关键词] :嵌入式、机器人视觉、ARM、DSP 一、现状 人类正在进入信息时代,计算机将越来越广泛地进入几乎所有领域,一方面是更多未经计算机专业训练的人也需要应用计算机,而另一方面是计算机的功能越来越强,使用方法越来越复杂,这就使人在进行交谈和通讯时的灵活性与目前在使用计算机时所要求的严格和死板之间产生了尖锐的矛盾。人可通过视觉和听觉,语言与外界交换信息,并且可用不同的方式表示相同的含义,而目前的计算机却要求严格按照各种程序语言来编写程序,只有这样计算机才能运行。为使更多的人能使用复杂的计算机,必须改变过去的那种让人来适应计算机,来死记硬背计算机的使用规则的情况,而是反过来让计算机来适应人的习惯和要求,以人所习惯的方式与人进行信息交换,也就是让计算机具有视觉!听觉和说话等能力。这时计算机必须具有逻辑推理和决策的能力,具有上述能力的计算机就是智能计算机,智能计算机不但使计算机更便于为人们所使用,同时如果用这样的计算机来控制各种自动化装置特别是智能机器人,就可以使这些自动化系统和智能机器人具有适应环境和自主决策的能力。这就可以在各种场合取代人的繁重工作,或代替人到各种危险和恶劣环境中完成任务[2]。 (1)DSP技术的发展应用现状 现在DPS产品的应用已扩大到人们的学习工作和生活的各个方面,并逐渐成为电子产品更新换代的决定因素。随着DSP性能的不断改善,用DSP作实时处理已经成为当今和未来发展的一个新热点,随着生产技术的改进和产量的增大,其成本与价格则大幅度下降,使得它的应用范围不断扩大,成为当前产量和销售量增长幅度最大的电子产品之一。 (2)机器人视觉的发展 机器视觉系统按其发展可分为三代,第一代机器视觉的功能一般是按规定流程对图像进行处理并输出结果,这种系统一般由普通数字电路搭成,主要用于平板材料的缺陷检测。第二代机器视觉系统一般由一台计算机,一个图像输入设备和结果输出硬件构成,视觉信息在机内以串行方式流动,有一定学习能力以适应各种新情况。第三代机器视觉系统是目前国际上正在开发使用的系统以采用高速图像处理芯片,并行算法,具有高度的智能和普通方法的适应性,并以模拟人的高度视觉功能为目标[3]。 二、系统的硬件设计方案 基于 DAM6416P 图像处理平台的机器人视觉系统的硬件的组成部分:CCD 摄像头、视频解码器(高速 AD)、DSP 处理块和外部显示器等部分构成。其中视频解码器采用 BT835, 支持 PAL 制式的 4:2:2 的 YUV 视频格式输入 ;DSP 的主频600MHz, 包含两条外部总线 EMIFA 和 EMFB; SDRAMA 是256M的外部存储器, 它兼有两种功能, 图像采集时作为帧存贮器, 图像处理时作为 DSP 扩展内存;Flash 共 4MB, 用于存储DSP 的引导程序及主程序[4]。 三、系统的软件设计方案 本系统DSP端的程序在CCS2.20环境下进行开发,首先定义由视频解码器BT835采集PAL 制式的模拟视频输入和VGA视频输出格式,然后利用板级开发函数库IEKLIB中定义的VIDEO

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