課程設(shè)計--基于arm嵌入式系統(tǒng)的擬人機器人控制器的設(shè)計-文庫吧
2025-10-13 17:32 本頁面
【正文】 算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。北京航空航天大學(xué)何利民教授給出這樣的定義：“ 嵌入式系統(tǒng)是嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)。”可以這樣認為，嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計算機系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分。嵌入式系統(tǒng)一般有嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用程序 4 個部分組成。“嵌入性”、“專用性”和“計算機系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素，對象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)無處不在，在移動電話、數(shù)碼相機、 MP數(shù)字電視機頂盒、微波爐等設(shè)備中都使用了嵌入式系統(tǒng)。嵌入式計算機系統(tǒng)是整個嵌入式的核心，可以分為硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層。 擬人機器 人是機器人研究的一個重要分支 , 是由仿生 學(xué)、機械工程學(xué)和控制理論等多種學(xué)科相互融合而形成的一門綜合學(xué)科。研究人員除了通過軟件進行仿真 , 還制作了各種類型的機器人實體。比較著名的國外有本田公司的 Asimo、 sony 公司的 Qrio、開放機器人項目 OpenPINO 等 , 國內(nèi)有北京理工大學(xué)牽頭研制的“匯童”擬人機器人、哈工大的“ H IT ” 足球機器人、清華大學(xué)的 THB IP2I 等。不過這些機器人體積龐大 , 成本高昂。目前也開發(fā)了很多簡易的小型機器人 , 但其中大部分采用簡單的單片機進行控制 , 可實現(xiàn)的動作和功 能非常有限 , 或者需要連接上位機來對它進行控制 , 自主性不足。 基于現(xiàn)有的條件 , 綜合考慮系統(tǒng)的性能和成本 ,研制了一種基于 ARM 9 處理器 , 采用嵌入式 Linux 的小型擬人機器人 , 可以實行靜步行走 , 同時可擴展視覺、無線網(wǎng)絡(luò)和音頻輸入輸出功能 , 是一種可完全獨立自主化的擬人機器人 , 為相關(guān)學(xué)科的研究提供了一個驗證平臺 , 還可以作為大學(xué)和中專院校機電專業(yè)、自動化專業(yè)、計算機專業(yè)、儀表與檢測專業(yè)的試驗平臺 , 進一步完善后 , 也是機器人舞蹈和機器人足球等項目的良好載體 . 機器人技術(shù)作為 20 世紀人類最偉大的發(fā) 明之一，它的研究開始于 20世紀中期。第一代遙控機械手 1948 年誕生于美國原子能委員會的阿爾貢研究所，當時用來對放射性材料進行遠距離操作，以保護原子能工作者免受放射線照射。第一臺工業(yè)機器人產(chǎn)生于 1956 年，是英格爾博格 (Engelberger)將數(shù)字控制技術(shù)與機械臂結(jié)合的產(chǎn)物。當時主要是為了克服串 5 聯(lián)機構(gòu)累積的系統(tǒng)誤差，以便達到較高的空間定位精度，提出了示教再現(xiàn)的編程方式，從而使重復(fù)定位精度差不多比絕對定位精度提高了一個數(shù)量級。 1968 年，日本川崎重工引進美國 IMATION 公司的 UNIMATE 機器人制造技術(shù)，開 始了日本機器人時代。 1970 年，在美國召開了第一屆國際工業(yè)機器人學(xué)術(shù)會議。此后，機器人的研究得到迅速廣泛的普及。 1979 年 IMATION 公司推出了 PUMA 系列工業(yè)機器人，它的關(guān)節(jié)由電動機驅(qū)動，可配備視覺、觸覺、力覺傳感器。到 1990 年己有 30 萬臺機器人在全世界使用。其中高性能的機器人所占比例不斷增加，特別是各種裝配機器人的產(chǎn)量增加較快，和機器人配套使用的的機器視覺技術(shù)和裝備也得到迅速發(fā)展。進入 20世紀 90 年代后，裝配機器人及柔性裝配技術(shù)進入了大發(fā)展時期。日本一直擁有全世界機器人總數(shù)的 60%左右。到 1998 年 ，美國擁有機器人 8 萬臺，德國為 7萬多臺，分別占世界機器人總數(shù)的 15%和 13%左右。到2020 年，全世界的機器人總數(shù)約 100 萬臺。 自 50 年代第一臺機器人裝置在美國誕生以來，機器人的發(fā)展經(jīng)歷了一個從低級到高級的發(fā)展過程。 第一代機器人是示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人，它們裝有記憶存儲器，由人將作業(yè)的各種要求示范給機器人，使之記住操作的程序和要領(lǐng)。當它接到再現(xiàn)命令時，則自主地模仿示范的動作作業(yè)。 第二代機器人是裝有小型計算機和傳感器的離散編程的工業(yè)機器人，它能感知外界信息并進行“思維”，它比第一代機器人更靈活、更能適應(yīng)環(huán) 境變化的需求。 第三代機器人是智能機器人，它不但有第二代機器人的感覺功能和簡單的自適應(yīng)能力，而且能充分識別工作對象和工作環(huán)境，并能根據(jù)人給的指令和它自身的判斷結(jié)果自動確定與之相適應(yīng)的動作，是人工智能發(fā)展到高級階段的產(chǎn)物，也是當今機器人發(fā)展的重點和熱點。 隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，機器人的用途越來越廣，開始從傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域，向軍事、公安、醫(yī)療、服務(wù)等領(lǐng)域滲透。與此同時，機器人的概念也越來越寬，己從狹義的機器人，開始向機器人技術(shù)擴展。世界上一些發(fā)達國家，都非常重視機器人技術(shù)的研究，都將機器人作為一個戰(zhàn)略高技術(shù)給予支 持。這是因為機器人不僅將形成一個大產(chǎn)業(yè)，而且將對國家的綜合國力，對國家的可持續(xù)發(fā)展有著巨 6 大而深遠的影響。 提出在擬人機器人控制器的設(shè)計中使用 ARM9處理器 S3C2410和 RT2Linux構(gòu)建小型擬人機器人控制器的系統(tǒng)架構(gòu)。 以硬件和軟件上實現(xiàn)以擬人機器人的行走的總體方案的設(shè)計。 1) S3C2410 處理器是 Samsung 公司基于 ARM 公司的 ARM920T 處理器核，采用 FBGA 封裝，采用 制造工藝 的 32位微控制器。該處理器擁有：獨立的 16KB 指令 Cache和 16KB 數(shù)據(jù) Cache， MMU，支持 TFT 的 LCD 控制器， NAND 閃存 控制器， 3 路 UART， 4路 DMA， 4 路帶 PWM 的 Timer ， I/O 口， RTC， 8 路
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