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
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。
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. 硬件平台的选型和搭建
机器人系统如图1所示。全身由24个舵机组成，控制24个关节。通过对舵机的控制，可实现机器人的动作。
图1 开发中使用的机器人
(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Cache、
MMU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
见图2，一块核心母板，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。
图2 硬件电路
分开设计的好处有：升级核心母板可实现系统处理能力的提高；而更换外设电路则可适应不同的应用。这样就大大节约了硬件成本，对于开发和调试也是非常有利的。同时，核心母板本身就是一个最小系统，在嵌入式系统设计中，保证最小系统的可靠性是开发的第一步。
调试核心母板以及外设电路至工作正常。确保开发板与PC机通信(利用Windows下的超级终端工具，通过串口线连接开发板与PC机)。
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(俗称bootloader，其功能相当于PC机中的BIOS)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。
b. 配置、编译、下载内核
(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。
4. 拓展性工作
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。
四、嵌入式系统的前景
从本文所述的机器人视觉系统中就可看出嵌入式系统的强大功能与广阔应用领域。在当今数字信息和网络技术高速发展的后PC(Post-PC)时代，嵌入式系统已被广泛应用于移动计算平台(PDA、掌上计算机)、信息家电(数字电视、机顶盒、网络设备)、无线通信设备(智能手机、股票接收设备)、工业/商业控制(智能工控设备、POS/ATM 机)、电子商务平台、甚至军事应用等诸多领域，其前景无疑是令人非常乐观的。
工业机器人的传感器
工业机器人的传感器 一．工业机器人的感觉系统 工业机器人的传感器主要分为：1.工业机器人的感觉系统2 .工业机器人内部传感器3 .工业机器人外部传感器4 .工业机器人传感器应用 其中工业机器人的感觉系统的基本组成为：视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉、平衡感觉和其他，而工业机器人传感器按用途可分为内部传感器和外部传感器。其中内部传感器装在操作机上，包括位移、速度、加速度传感器，是为了检测机器人操作机内部状态，在伺服控制系统中作为反馈信号。外部传感器，如视觉、触觉、力觉距离等传感器，是为了检测作业对象及环境与机器人的联系。工业机器人传感器的一般要求有精度高、重复性好，稳定性和可靠性好，抗干扰能力强，质量轻、体积小、安装方便。其特定要求有适应加工任务要求，满足机器人控制的要求，满足安全性要求以及其它辅助工作的要求。 二．工业机器人内部传感器在工业机器人内部传感器中，位置传感器和速度传感器，是当今机器人反馈控制中不可缺少的元件。现已有多种传感器大量生产，但倾斜角传感器、方位角传感器及振动传感器等用作机器人内部传感器的时间不长，其性能尚需进一步改进。内部传感器功能分类有：
1）规定位置、规定角度的检测 检测预先规定的位置或角度，可以用开/关两个状态值，用于检测机器人的起始原点、越限位置或确定位置。 微型开关：规定的位移或力作用到微型开关的可动部分(称为执行器)时，开关的电气触点断开或接通。限位开关通常装在盒里，以防外力的作用和水、油、尘埃的侵蚀。 光电开关：光电开关是由LED光源和光敏二极管或光敏晶体管等光敏元件组成，相隔一定距离而构成的透光式开关。当光由基准位置的遮光片通过光源和光敏元件的缝隙时，光射不到光敏元件上，而起到开关的作用 2）位置、角度测量 测量机器人关节线位移和角位移的传感器是机器人位置反馈控制中必不可少的元件。 a)电位器 b)旋转变压器 c)编码器 3）速度、角速度测量 速度、角速度测量是驱动器反馈控制必不可少的环节。有时也利用测位移传感器测量速度及检测单位采样时间位移量，但这种方法有其局限性：低速时测量不稳定的危险；高速时，只能获得较低的测量精度。 最通用的速度、角速度传感器是测速发电机或成为转速表的
嵌入式机器人
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。
机器人上用的传感器的介绍
机器人上用的传感器的介绍 作者：Ricky 文章来源：https://www.sodocs.net/doc/d28499475.html,更新时间：2006年05月20日打印此文浏览数：18549 感知系统是机器人能够实现自主化的必须部分。这一章，将介绍一下移动机器人中所采用的传感器以及如何从传感器系统中采集所需要的信号。 根据传感器的作用分，一般传感器分为： 内部传感器（体内传感器）：主要测量机器人内部系统，比如温度，电机速度，电机载荷，电池电压等。 外部传感器（外界传感器）：主要测量外界环境，比如距离测量，声音，光线。 根据传感器的运行方式，可以分为： 被动式传感器：传感器本身不发出能量，比如CCD，CMOS摄像头传感器，靠捕获外界光线来获得信息。 主动式传感器：传感器会发出探测信号。比如超声波，红外，激光。但是此类传感器的反射信号会受到很多物质的影响，从而影响准确的信号获得。同时，信号还狠容易受到干扰，比如相邻两个机器人都发出超声波，这些信号就会产生干扰。 传感器一般有以下几个指标： 动态范围：是指传感器能检测的范围。比如电流传感器能够测量1mA－20A的电流，那么这个传感器的测量范围就是10log（20/0.001)=43dB. 如果传感器的输入超出了传感器的测量范围，那么传感器就不会显示正确的测量值了。比如超声波传感器对近距离的物体无法测量。 分辨率：分辨率是指传感器能测量的最小差异。比如电流传感器，它的分辨率可能是5mA，也就是说小于5mA的电流差异，它没法检测出。当然越高分辨率的传感器价格就越贵。 线性度：这是一个非常重要的指标来衡量传感器输入和输出的关系。 频率：是指传感器的采样速度。比如一个超声波传感器的采样速度为20HZ，也就是说每秒钟能扫描20次。 下面介绍一下常用的传感器： 编码器：主要用于测量电机的旋转角度和速度。任何用电机的地方，都可以用编码器来作为传感器来获得电机的输出。
机器人传感器的类别及应用原理
机器人传感器的类别及应用原理 一般机器人系统由机械手、环境、任务和控制器四个互相作用的部分组成。我们称一般安装在机器人机械手上的传感器为内传感器（Inner Sensons），而称作为环境的一部分的传感器为外传感器（External Sensons）。下面将以此为主，结合机器人传感器其它分类方法进行阐述。 机器人产业近年来发展很快，2012年全球产量为16万台，欧、美、日等工业发达国家机器人市场已比较成熟，已处于平增长阶段。其机器人密度（万名员工使用机器人台数）韩国为347台，日本为339台，法国为261台，而我国为10台（有统计数据称为21台，仅供参考）。而我国机器人市场也发展很快，工业机器人每年装机量增长速度均超过20%，2010年装机量为52290台，2011年上涨到74317台，实现了42%的增长率。在2012年，我国出台了《智能制造科技发展十二五专项规划》，2013年4月21日还成立了中国机器人产业联盟，这些均证明了我国机器人产业将会有更大的发展。 机器人产品目前分类为工业机器人和服务机器人两大类。国内也有分为工业机器人和特种机器人两大类的；或分为一般机器人和智能机器人两大类；或分为一般机器人和移动机器人两类；或分为一般机器人和拟人机器人两类等。目前工业机器人多用于搬运、分拣、上下料、包装、码垛、焊接、喷涂、打磨、抛光、切割、摆放、装配等方面。 随着智能化的程度提高，机器人传感器应用越来越多。智能机器人主要有交互机器人、传感机器人和自主机器人3种。从拟人功能出发，视觉、力觉、触觉最为重要，早已进入实用阶段，听觉也有较大进展，其它还有嗅觉、味觉、滑觉等，对应有多种传感器，所以机器人传感产业也形成了生产和科研力量。 机器人的控制系统相当于人类大脑，执行机构相当于人类四肢，传感器相当于人类的五官。因此，要让机器人像人一样接收和处理外界信息，机器人传感器技术是机器人智能化的重要体现。 传感器是机器人完成感觉的必要手段，通过传感器的感觉作用，将机器人自身的相关特性或相关物体的特性转化为机器人执行某项功能时所需要的信息。根据传感器在机器人上应
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
机器人的位置检测传感器
机器人的位置检测传感器 测量可变位置和角度，即测量机器人关节线位移和角位移的传感器是机器人位置反馈控制中必不可少的元件。常用的有电位器、旋转变压器、编码器等。其中编码器既可以检测直线位移，又可以检测角位移。下面是几种常用的位置检测传感器。1、光电开关2、编码器3、旋转变压器。二、机器人速度、角速度传感器：1、编码器对任意给定的角位移，编码器将产生确定数量的脉冲信号，通过统计指定时间（dt）内脉冲信号的数量，就能计算出相应的角速度。dt越短，得到的速度值就越准确，越接近实际的瞬时速度。但是，如果编码器的转动很缓慢，则测出的速度可能不准。通过对控制器的编程，将指定时间内脉冲信号的个数转化为速度信息就可以计算出速度。2、测速发电机测速发电机是一种把输入的转速信号转换成输出的电压信号的机电式信号元件，它可以作为测速、校正和解算元件，广泛应用于机器人的关节测速中。3、位置信号微分如果位置信号中噪音较小，那么对他进行微分来求取速度信号不仅可行，而且很简单。为此，位置信号应尽可能连续，以免在速度信号中产生大的脉动。所以，建议使用薄膜式电位器测量位置，因为绕线式电位器的输出时分段的，不适合微分。然而，信号的微分总是会有噪音的，应该仔细处理。三、机器人接触觉传感器：机器人接触觉传感器是用来判断机器人是否接触物体的测量传感器。传感器输出信号常为0或1,最经济适用的形式是各种微动开关。常用的微动开
关由滑柱、弹簧、基板和引线构成，具有性能可靠、成本低、使用方便等特点。接触觉传感器不仅可以判断是否接触物体，而且还可以大致判断物体的形状。一般传感器装在末端的执行器上，除了微动开关外，接触觉传感器还采用碳素纤维及聚氨基甲酸脂为基本材料构成触觉传感器。机器人与物体接触，通过碳素纤维与金属针之间建立导通电路，与微动开关相比，碳素纤维具有更高触电安装密度、更好的柔性、可以安装在机器手的曲面手掌上。四、机器人接近觉传感器、机器人接近觉传感器能感知相距几毫米到几时厘米内对象物或障碍物的距离、对象物的便面性质等的传感器，其目的是在接触对象前得到必要的信息，以便后续动作。接近觉传感器有许多不同的类型，如电磁式、涡流式、霍尔效应式、光学式、超声波式、电感式和电容式等等。五、机器人姿态传感器：姿态传感器是用来检测机器人与地面相对关系的传感器，当机器人被限制在工厂的地面时，没有必要安装这种传感器，如大部分工业机器人。但当机器人脱离了这个限制，并且能够自由的移动，如移动机器人，安装姿态传感器就成必要了。典型的姿态传感器是陀螺仪，他利用高速旋转物体（转子）经常保持一定姿态的性质。转子通过一个支撑它的，被称为万向接头的自由支持机构，安装在机器人上。机器人围绕着输入轴仅转过一个角度。在速率陀螺仪中，加装了弹簧。卸掉这个弹簧后的陀螺仪成为速率积分陀螺仪，此时输出轴以角速度旋转，且此角速度与围绕输入轴的转角速度成正比。姿态传感器设置在机器人的躯干部分，它用来检测移动中的躯干部分，它用来你
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
传感器技术在机器人技术中的应用研究
毕业论文 班级： 科目：工业机器人 姓名： 学号： 指导老师：
传感器技术在机器人技术中的应用研究【摘要】传感器是用来检测机器人自身的工作状态，以及机器人智能探测外部工作环境和对象状态的核心部件。能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。本文首先介绍了常用传感器的工作原理、基本结构、使用特点，并讨论了传感器在智能机器人中的应用。 【关键词】传感器；机器人；视觉传感器；力觉传感器；触觉传感器 1.传感器的工作原理及典型应用 传感器在工业中的应用非常的广泛，是当今科技产业是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是当今世界极其重要的高科技，一切现代化仪器、设备几乎都离不开传感器。它广泛应用于各种新型技术领域中，下面列举几种常见的传感器：应变式传感器：有应变效应、压阻效应的原理而来。力传感器、压力传感器液体重量传感器、加速度传感器是它的典型应用；电感式传感器：利用电磁感应(自感、互感)来工作，主要应用于测量位移、振幅、转速和无损探伤等；电容式传感器：将非电量转换为电容量，它的核心部分是可变参数的电容器。把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器；压电式传感器：是基于压电效应应用的传感器，它的核心部件是压电材料。应用于测量力和能变换为力的非电物理量；磁电式传感器：利用电磁感应来工作，适用于动态测量，例如霍尔传感器；热电式传感器：基于热电效应的原理而制造出来的传感器，利用温度的变化
来进行测量，一般用于温度测量、管道流量测量等；光电式传感器：基于光电效应的传感器，将光电信号转换成电信号输出，来测量位移、速度、温度等，例如CCD固体图像传感器、光纤传感器等；红外传感器：红外辐射，被动式人体移动检测仪红外测温仪、红外线气体分析仪；微波传感器：反射原理、吸附效应，微波液位计、辐射计、物位计,微波温度传感器、无损探测仪、多普勒传感器；超声波传感器：压电效应、磁致伸缩效应，测量物位、流量、厚度、探伤；数字式传感器：光栅原理、光电效应，机床定位、长度和角度的计量仪器； 2.传感器在机器人中的应用 机器人能智能探测发现工作对象及对工作对象进行处理加工，都是因为在机器人相应部位装备了传感器，机器人才具备了类似于人类的视觉功能、运动协调和触觉反馈。智能机器人能对工作对象进行检测或在恶劣环境中工作是因为装备了触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、光敏传感器、超声波传感器和声学传感器等，有了传感器的应用才大大改善智能机器人知觉功能和反应能力，使其能够更灵活、更妥善地完成各种复杂的工作。根据传感器在机器人中应用的不同可分为机器人部检测传感器和机器人外部探测传感器。（1）机器人部传感器是用于检测机器人自身的工作状态（如调整前进速度）的传感器。多为检测速度和角度的传感器。（2）机器人外部传感器检测机器人外部工作环境（如是什么工作对象，离工作对象的距离的远近等）及工作状况（如机器人手臂的抓取是否成功）的传感器。具体
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：
机器人及常用传感器
机器人 机器人有三个发展阶段，一是第一代机器人，也叫示教再现型机器人，它是通过一个计算机，来控制一个多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现出这种动作，比方说汽车的点焊机器人，它只要把这个点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作，它对于外界的环境没有感知，这个力操作力的大小，这个工件存在不存在，焊的好与坏，它并不知道，那么实际上这种从第一代机器人，也就存在它这种缺陷，因此，在20世纪70年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫带感觉的机器人，这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比，有了各种各样的感觉，比方说在机器人抓一个物体的时候，它实际上力的大小能感觉出来，它能够通过视觉，能够去感受和识别它的形状、大小、颜色。抓一个鸡蛋，它能通过一个触觉，知道它的力的大小和滑动的情况。第三代机器人，也是我们机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人，那么只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成运动，感知思维和人机通讯的这种功能和机能，那么这个目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我们不断的科学技术的发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽。 那么从三代机器人发展过程中，从另一个方面，我们对机器人从应用的角度进行了分类，比如说工业机器人，它包括点焊、弧焊、喷漆、搬运、码垛，在工业现场中工作的这种机器人，我们统称为工业机器人，那么从不同的应用中，到水下去作业的叫水下机器人，到空间作业的叫空间机器人，同时又存在农业、林业、牧业，对医疗机器人叫医用机器人，还包括娱乐机器人，建筑和居室上用的机器人，所以从应用分类，它包括从行业、应用角度，也可以进行这样简单的分类。 机器人中常用的传感器主要有：用于避障的传感器，用于测距的传感器，用于亮度判断的传感器，用于测量速度的传感器，用于检测地面灰度的传感器。这里主要介绍用于Ⅰ、测距的传感器-GP2d12，Ⅱ、测量速度的传感器-光电编码器。Ⅲ、用于亮度判断的传感器-光敏电阻
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
机器人传感器论文
机器人传感器 正文： 传感器是机器人完成感觉的必要手段，通过传感器的感觉作用，将机器人自身的相关特性或相关物体的特性转化为机器人执行某项功能时所需要的信息。根据传感器在机器人上应用的目的和使用范围不同，可分为内部传感器和外部传感器。 内部传感器用于检测机器人自身状态（如手臂间角度、机器人运动工程中的位置、速度和加速度等）；外部传感器用于检测机器人所处的外部环境和对象状况等，如抓取对象的形状、空间位置、有没有障碍、物体是否滑落等。 机器人传感器的要求和选择 机器人传感器的选择取决于机器人工作需要和应用特点，对机器人感觉系统的要求时选择传感器的基本依据。 机器人传感器的选择的一般要求： 精度高、重复性好； 稳定性和可靠性好； 抗干扰能力强； 重量轻、体积小、安装方便。 内部传感器 位移传感器 按照位移的特征，可分为线位移和角位移。 线位移是指机构沿着某一条直线运动的距离，角位移是指机构沿某一定点转动的角度。 （1）电位器式位移传感器 电位器式位移传感器由一个线绕电阻（或薄膜电阻）和一个滑动触点组成。其中滑动触点通过机械装置受被检测量的控制。当被检测的位置量发生变化时，滑动触点也发生位移，从而改变了滑动触点与电位器各端之间的电阻值和输出电压值，根据这种输出电压值的变化，可以检测出机器人各关节的位置和位移量。 （2）直线型感应同步器 直线感应同步器的组成是由定尺和滑尺组成。定尺和滑尺间保证与一定的间隙，一般为左右。在定尺上用铜箔制成单项均匀分布的平面连续绕组，滑尺上用铜箔制成平面分段绕组。绕组和基板之间有一厚度为的绝缘层，在绕组的外面也有一层绝缘层，为了防止静电感应，在滑尺的外边还粘贴一层铝箔。定尺固定在设备上不动，滑尺则可以再定尺表面来回移动。 （3）圆形感应同步器 圆形感应同步器主要用于测量角位移。它由钉子和转子两部分组成。在转子上分布着连续绕组，绕组的导片是沿圆周的径向分布的。在定子上分布着两相扇形分段绕组。定子和转子的截面构造与直线型同步器是一样的，为了防止静电感应，在转子绕组的表面粘贴一层铝箔 绝对速度传感器 绝对速度传感器，图4-11为国产CD-1型绝对速度传感器的结构图。途中磁钢6借铝架5固定在壳体4内，并通过壳体形成磁回路。线圈2和阻尼环3安装在芯杆2上，芯杆用弹簧1和8支承在壳体内，构成传感器的活动部分。当传感器的壳体与振动物体一起振动时，如振动的频率较高，由于芯杆组件的质量很大，故产生的惯性力也大，可以阻止芯杆随壳体一起运动。当振动频率高到一定程度时，可以认为芯杆组件基本不动，只是壳体随被测物体振动。这时，线圈以物体的振动速度切割磁力线而在线圈两端产生感应电压。并且线圈输出的电压与线圈相对可替代运动速度成正比。当振动速度高到一定程度时，线圈与壳体的相对速度就是被测振动物体的绝对速度。