一种智能机器人系统设计和实现

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一种智能机器人系统设计和实现





我们从广泛意义上理解所谓的智能机器人，它给人的最深刻的印象是一个独 特的进行自我控制的 " 活物 ". 其实，这个自控 " 活物 " 的主要器官并无像真切的人那样奇妙而复杂。智能机器人具备各种各样的内部信息传感器和外面信息传 感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉。除拥有感觉器外，它还有效应器，作为作用于四周环境的手段。这就是筋肉，或称自整步电动机，它们使手、脚、长鼻子、触角等动起来。我们称这类机器人为自控机器人，以便使它同前方谈到的机器人划分开来。它是控制论产生的结果，控制论主张这样的事实：生命和非生命有目的的行为在很多方面是一致的。正像一个智能机器人制造者所说的，机器人是一种系统的功能描述，这类系统过去只好从生命细胞生长的结果中获得，此刻它们已经成了我们自己可以制造的东西了

嵌入式是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。平时，嵌入式系统是一个控制程序储存在 ROM中的嵌入式办理器控制板。事实上，全部带有数字接口的设备，如腕表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。嵌入式技术最近几年来获得了飞速的发展，但是嵌入式家产涉及的 领域特别广泛，相互之间的特色也相当显然。比方很多行业：手机、 PDA、车载导航、工控、军工、多媒体终端、网关、数字电视

1 智能机器人系统机械平台的搭建

智能机器人需要有一个无轨道型的挪动机构，以适应诸如平川、台阶、墙壁、楼梯、坡道等不一样的地理环境。它们的功能可以借助轮子、履带、支脚、吸盘、气垫等挪动机构来完成。在运动过程中要对挪动机构进行及时控制，这类控制不但要包含有地点控制，并且还要有力度控制、地点与力度混杂控制、伸缩率控制等。智能机器人的思虑因素是三个因素中的要点，也是人们要给予机器人必备的因素。思虑因素包含有判断、逻辑解析、理解等方面的智力活动。这些智力活动本质上是一个信息办理过程，而计算机则是完成这个办理过程的主要手段。









机器人前部为一四杆机构，使前轮可以在必定范围内调理其高度，主要功能是在机器人前部遇阻碍时，前向连杆机构随车轮上抬，而遇到下凹阻碍时前车轮先降落着地，以减小震动，提升整机安稳性。在主体的左右双侧，分别配置了平行四边形侧向被动适应机构，该平行四边形机构与主体之间经过铰链与其相连接，是小车行进的主要动力本源。利用双侧平行四边形可任意角度变形的特色，实现自适应各种阻碍路面的成效。改变平行四边形机构的角度，可使左右双侧车轮充分与地面接触，使机器人的 6 个轮子受力尽量平均，增强机器人对不一样路面的适应能力，更加安稳地超出阻碍，并且更好地保证整车的均衡性。主体机构主要起到支撑与连接机器人各个部分的作用，同时，整个机器人




的控制系统就安装在主体之中。后部机构与主体刚性连接，装备有电机驱动车轮，主要起支撑作用，并配合前轮实现转向。



2 智能机器人控制系统硬件结构设计



2.1 控制系统整体硬件结构

智能机器人控制系统的硬件系统方案设计如图 1 所示。远程监控端由台式PC主机经过 RS232或网络接口连接无线收发模块，完成图像、语音的采集和显示播放再现，监察现场机器人的四周环境，必需时可以经过无线收发模块发送控制命令，完成控制任务。因为研制的进度，本部分即虚线框内的功能正在开发，是今后研究的要点；现场机器人控制端由中心控制板模块、视频采集模 块、语音采集模块、人机交互模块、程序下载模块、电机驱动模块、电源模块、无线收发模块等构成。





2.2 语音视频采集模块

因为机器人需要采集四周环境的信息，监听四周的状况，供应与图像信息同步的语音信息，以便控制人员正确地掌握四周所发生的状况，及时做出决 策，因此设计了语音采集模块以完成此项功能。本设计采纳了 Philips 公司的UDA1341TS芯片与微办理器 S3C2410相连，供应了完好的语音录制和播放功 能。 S3C2410供应了 IIS 接口，可以读取 IIS 总线上的数据，同时也为 FIFO 数据供应 DMA的传输模式，这样可以同时传递和接收数据。在 S3C2410办理器中，音频数据的传输可以使用两个 DMA通道。如声音播放，先将数据送到内

存，而后传到 DMA控制器通道 2, 再经过 IIS 控制器写入 IIS 总线并传输给音频芯片，而通道 1 则主要用于录音功能。

本系统采纳基于 CMOS图像传感器直接输出数字信号的方案设计视频采集模块。此方案拥有模块简单、外头电路少、直接输出数字信号、不用经过中间转 换就可以供应进一步的图像办理的诸多特色。本课题采纳 C3188A摄像头构成视频采集模块。 C3188A是 1/3 ″镜头的彩色数字输出的摄像头模块，摄像头芯片采纳 OmniVision 公司的 CMOS图像传感器 OV7620.C3188A摄像头模块采纳数字和模拟信号输出接口，并供应 8/16 的数据总线宽度，经过 I2C 串行通讯协议，可以对 OV7620内部的寄存器进行编程，如更正曝光率、白均衡、窗口大小、饱和度、色彩停图像输出格式等。

2.3 电机驱动和电源模块

驱动部分是机器人的重要构成部分，它和电机构成机器人的执行机构，完成机器人行走运动。直流电机拥有优异的线性调速特征、简单的控制功能、较















高的效率、优异的动向特征，被广泛应用在控制系统中。本系统将采纳 4 片




L298N电机驱动芯片驱动 8 个直流电机，采纳 PWM调速原理控制直流电机达到控制机器人的速度。



为了除掉电机运行对系统中心开发板 SBC2410的搅乱，从中心开发板的控制引脚输出的信号，经过 16 路光电耦合器（需 4 片 TLP521-4）进行信号隔断，脉宽调制 PWM控制光电耦合器的开关，以达到控制 L298N驱动芯片的目的，并驱动电机依据所需的速度运行。





在电源方面，设计的系统电源主要供应中心控制板模块、电机驱动模块、人机交互模块所用的 640?鄢 480TFT/LCD显示器、视频采集模块、无线收发模块（预留扩展）和语音采集模块。系统最后采纳 12 V 的电瓶供电，可直接给电机驱动芯片和 LCD显示器供电。但因为系统模块多，所需电流大，因此在供应

12 V 转 5 V 电压时，选择开关电源芯片 LM2576作为电压变换中心器件，它能 承受最大 3 A 的电流输出。

3 智能机器人控制系统软件结构设计







机器人控制系统的及时性利害对于整个机器人系统的性能极其重要，控制 系统的及时性越强，机器人办理异样状况的能力越强。因为 μC/OS-Ⅱ是一种源代码公开、可移植、可固化、可裁剪、占先式的及时多任务操作系统，因此 本设计就采纳 μ C/OS-Ⅱ供应多任务支持，再整合人机界面 μ C/GUI 和基层驱动程序及应用程序等成立机器人软件控制系统，实现对整个机器人的及时控 制，完成智能控制任务。

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