基于嵌入式系统的移动机器人控制设计

基于嵌入式系统的移动机器人控制设计
【摘要】本文详细的分析了机器人的研究趋势，和嵌入式技术。

针对嵌入式在移动机器人上的应用，进行了嵌入式设计。

以帮助大家认识和了解嵌入式在移动机器人中应用的先进性和实用性。

【关键词】ARM嵌入式;移动机器人
引言
移动机器人，是一个、动态决策和规划、行为的控制、集环境的感知和执行等多功能在于一体的综合系统。

它是集中了ARM嵌入式、单片机、计算机工程、自动化控制工程多学科的研究成果，它代表了机电一体化的最高地位，是在目前科学的技术发展中最值得开发的一项技术。

随着各种机器人的性能在不断地完善，移动机器人的应用范围的到了很大的扩展，不仅在工农业、医学治疗、服务等各行各业中获得了广泛的使用，另外在城市的安全、国家防御和空间探测领域等危险场合发挥了很好的作用。

所以，移动机器人技术已经获得了世界各国的普遍关注。

一、机器人的研究方向和ARM
传感器、自动控制以及遥控操作器的移动载体组成的机器人系统。

移动机器人具有自由移动功能，在代替人从事特别危险的、恶劣的（如高压、缺氧等）环境下工作和人所不能够涉及到的（如宇宙空间等）环境作业方面，比一般机器人更加的机动和灵活。

移动机器人是一种在复杂环境下工作的，具有自行组织、自主运行、自主规划的智能机器人，融合了计算机技术、信息技术、通信技术、微电子技术和机器人技术等。

嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（原文为devices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants）。

主要特点为耗电少功能强、16位/32位双指令集和众多合作伙伴。

主要应用于工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品。

二、硬件设计
机器人移动机构应用的是三轮的结构（一个驱动轮加两个随动车轮）。

驱动轮采用的是13VDC伺服电机，随动轮直径为15cm，驱动轮直径为12cm。

它的移动机构平面的移动最大速度可以达到1.4米每秒。

底盘的形状采用的
是多边构型，底盘的长度为30cm，其宽度为30cm，移动机构能够变速为前进和后退.因为开关电源的效率较高，成本也相对比较低，可以大幅度的减少发热电路的设计因此使用了开关电源的同时前级输入电压选择13V，输出电压为6V。

末级选择的输出电压为1.7V。

三、软件设计
ARM9微型处理器采用的是RISC架构，寻址方式简单并且灵活，而且指令长度是固定的，执行效率较高，因此对于这种处理器来讲，它能够完成一般单片机甚至一些只有DSP芯片才能够实现的特殊功能，而ARM9处理器完成的功能别的处理器有时不能完成，或者需要外部扩展硬件电路才可以实现，而且ARM9微处理的各类资源非常丰富，并且支持CAN总线协议，并且内部含还有A/D接口等设施。

它本身却集成有16位Thumb的指令集，它虽然是32位处理器，从而可以大大提升处理器运行速度，至少在处理器这方面可以严格保证系统的实时性，另外，它还具有价格较为低廉、功耗很低、移植性相对较好等各种优点。

由于ARM9处理器有以上的优点，所以我们常选用ARM9微处理器当作本文移动机器人控制核心。

在整个控制程序系统设计中，需要使用应用软件对控制硬件的底层进行及时驱动，而且，程序采用的是模块化的设计，软件的构成是一个主程序和若干个小的子程序。

系统在完成了串行并行口的初始化后，即选择完串行并行口的地址，并对每个地址口进行了初始化的操作，当初始化成功之后，判别是否发出了中断请求，如果没有中断请求就继续执行其他应用程序或结束;若产生中断请求的时候，说明已经收到了控制命令，其中控制命令主要通过软件的输入，外界按钮的遥控、无线串口和语音的识别发送过来;接下来的一步是检测发送过来的命令是否为有效的信号，若信号是有效的就转到相应的处理程序进行操作，驱动移动机器人进行所对应的运动，若为非有效信号时及时发出警告并警示操作。

四、电机设计
运动控制系统主要负责机器人在运动过程中的运动、行为的控制，而局部行为规划对机器人各传感器收集到的周围环境数据和后台命令数据的结果进行综合分析，可以实时地给出移动机器人的局部行为，电机的转速主要是由输入驱动脉冲信号的频率决定的。

在本系统驱动过程当中，脉冲信号通过PC/104总线控制扩展板的并行串口产生，再进一步通过步进电机驱动器的转变，在此脉冲信号产生的模块中，使用定时器0，以便于产生特定的频率控制相应的转速的脉冲信号，可通过对应软件来改变它的频率，以使其获得不同的速度。

另外，并行串口的两路控制该移动机器人左边右边电动机的正转和反转，而转动距离通过并口输入驱动器CP端脉冲数决定的。

五、结语
通过上述对移动机器人研究方向的介分析，本文以ARM技术为基础，并以此针对移动机器人的移动、调节、速度测试、躲避障碍物的设计要求设计了嵌入式系统，重点研究了电路设计上的方案，和对电机驱动的实现。

参考文献
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