【正文】 上看并不亞于商用開發(fā)包，同時可以極大的降低開發(fā)成本。支持廣泛的計算機硬件，包括MOTOROLA、X8Alpha、Sparc、MIPS、PPC、ARM、NEC 等現(xiàn)有的大部分芯片[31]。但嵌入式操作系統(tǒng)追求高效、節(jié)省，而WinCE在這方面是笨拙的，它占用的內(nèi)存過大，應(yīng)用程序也很龐大。VxWorks是專門為實時嵌入式系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的操作系統(tǒng)內(nèi)核，為程序員提供了高效的實時多任務(wù)調(diào)度、中斷管理以及實時的任務(wù)間通信機制。Player、數(shù)字相機（DC）、數(shù)字?jǐn)z像機（DV）、UDisk、機頂盒（Set控制程序提供了各類表單來實例化給用戶的反饋信息比如用戶機器人的操作記錄，當(dāng)前目標(biāo)以及當(dāng)前動作，也具備了低寬帶通信下更新機器人的控制狀態(tài)的能力。Xavier系統(tǒng)重視提高系統(tǒng)的自主性，對于在線互動，自主性非常重要，自主性降低了低寬帶和不可靠的通信影響?！癕ercury project”[7]是第一個允許網(wǎng)絡(luò)用戶遠(yuǎn)程觀察和控制機器人的系統(tǒng)，1994年9月正式運行，它將一臺相機安裝到工業(yè)機械手臂上，用戶可以遠(yuǎn)程控制它挖掘沙土中的文物，并觀察工作情況，如圖12。遠(yuǎn)程機器人操作在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用前景，可以完成探雷、處理爆破和偵查。II，橡樹嶺國家實驗室的核電站機器人等。近年來對移動機器人的研究中，自主移動機器人的研究受到很多的關(guān)注，作為智能機器人的一種，自主機器人能夠按照預(yù)先給定的任務(wù)指令，根據(jù)已知的地圖信息作出全局路徑規(guī)劃，并在行進過程中，不斷感知周圍環(huán)境信息，引導(dǎo)機器人自身繞開障礙物，安全行駛到達指定目標(biāo)，并執(zhí)行要求的動作和操作[2][3]。Internet 現(xiàn)已成為社會重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施之一，是信息流通的重要渠道，如果嵌入式系統(tǒng)能夠與 Internet 連接，則可以方便、低廉地將信息傳送到幾乎世界上的任何一個地方。小型移動機器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計目 錄第1章 緒論 1 研究背景 1 國內(nèi)外移動機器人遠(yuǎn)程控制的研究現(xiàn)狀 2 移動機器人的研究 2 機器人遠(yuǎn)程控制的研究 3 嵌入式技術(shù)的發(fā)展 6 幾種典型的嵌入式操作系統(tǒng) 7 嵌入式Linux系統(tǒng)的優(yōu)勢 8 課題來源與主要研究內(nèi)容 9 論文的主要結(jié)構(gòu) 10第2章 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與硬件平臺設(shè)計 11 常見的機器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)架構(gòu) 11 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 13 機器人控制系統(tǒng)平臺 15 機器人運動控制與傳感信息采集 15 機器人服務(wù)器 16 客戶端 16 系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計 16 主控制板 17 運動控制與內(nèi)部傳感單元 18 其它 19 本章小結(jié) 20第3章 機器人控制系統(tǒng)平臺構(gòu)建 21 嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)模式 21 系統(tǒng)引導(dǎo)裝載程序Bootloader開發(fā) 23 uboot啟動流程 24 uboot的移植 25 Linux內(nèi)核的引導(dǎo) 27 Linux內(nèi)核的移植 28 無線網(wǎng)卡與攝像頭設(shè)備驅(qū)動程序 30 USB無線網(wǎng)卡驅(qū)動程序移植 32 USB攝像頭驅(qū)動程序移植 33 本章小結(jié) 35第4章 機器人運動控制和傳感信息采集 36 機器人運動控制與內(nèi)部傳感器信息采集 36 與上位機命令接口的定義與實現(xiàn) 36 機器人運動控制的實現(xiàn) 37 內(nèi)部傳感器信息采集 39 行為控制 39 基于Video4Linux的USB攝像頭圖像采集 41 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入 44 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動機器人的協(xié)作 44 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息提取 44 本章小結(jié) 45第5章 機器人網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器和遠(yuǎn)程Web監(jiān)控 46 機器人網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器 46 Linux下的socket編程 46 機器人網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器的接口定義與實現(xiàn) 47 機器人網(wǎng)絡(luò)控制客戶端程序示例 49 機器人遠(yuǎn)程Web監(jiān)控 50 嵌入式Web服務(wù)器Boa的移植 51 CGI控制程序設(shè)計 52 機器人狀態(tài)信息查詢 54 無線傳感網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布 55 基于Web的圖像信息發(fā)布 56 基于Web的機器人運動控制 57 典型示范應(yīng)用 58 本章小結(jié) 61第6章 總結(jié)和展望 62 工作總結(jié) 62 工作展望 63致 謝 64參考文獻 65攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研項目 6920第1章 緒論 研究背景互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展已經(jīng)使當(dāng)代社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和人們的生活方式發(fā)生了巨大的變化，也給新世紀(jì)的機器人研究和開發(fā)開辟了新方向。目前嵌入式系統(tǒng)，已經(jīng)在家庭和工業(yè)的各個領(lǐng)域得到了應(yīng)用，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還處于單獨應(yīng)用的階段，以 MCU 為核心，與一些監(jiān)測、伺服、指示設(shè)備配合實現(xiàn)一定的功能。 國內(nèi)外移動機器人遠(yuǎn)程控制的研究現(xiàn)狀機器人的出現(xiàn)幫助人類擺脫了繁重和危險的體力勞動，作為機器人科學(xué)的一個重要部分，移動機器人一直是機器人科學(xué)研究的熱點之一，移動機器人能夠移動到固定機器人無法到達的預(yù)定位置，完成設(shè)定的操作任務(wù)。這時期的研究成果有美國海軍研究的RobartIamp。目前我國的機器人遠(yuǎn)程操作還主要停留在實驗階段，相信隨著“神州”系列飛船的成功升天，和登月計劃的促進，我國的機器人遠(yuǎn)程控制也將獲得有力發(fā)展。由于互聯(lián)網(wǎng)的飛快進步和“Cambridge coffeepot”項目的成功運行，越來越多的遠(yuǎn)程控制機器人的站點建立了起來。研究的重點是遠(yuǎn)程用戶和智能機器人的互動協(xié)作。向?qū)C器人通過網(wǎng)絡(luò)帶領(lǐng)WEB用戶參觀兩個著名的博物館：位于波恩的Deutsches博物館以及華盛頓的Smithsonian國家歷史博物館。隨著消費家電的智能化，嵌入式產(chǎn)品更顯重要，像我們平常見到的手機、PDA、電子字典、可視電話、VCD/DVD/MP3嵌入式實時操作系統(tǒng)典型產(chǎn)品如下：1. VxWorks[29]VxWorks是美國Wind River System公司（即風(fēng)河公司）推出的一個實時操作系統(tǒng)。因此，大部分Windows上開發(fā)的程序都能在WinCE上運行。 嵌入式Linux系統(tǒng)的優(yōu)勢Linux為嵌入式操作系統(tǒng)提供了一個極有吸引力的選擇，它是個和Unix相似、以內(nèi)核為基礎(chǔ)的、完全內(nèi)存保護、多任務(wù)多進程的操作系統(tǒng)。但是Linux是免費軟件，只要遵守GPL的規(guī)定，就可以免費獲得拷貝。（5）豐富的開發(fā)工具擁有整套工具鏈，能使我們更加容易建立嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和交叉運行環(huán)境，并且可以跨越嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中仿真工具的障礙。在該控制框架下，通過網(wǎng)絡(luò)建立一個遠(yuǎn)程機器人控制和在線監(jiān)控系統(tǒng)。第5章： 介紹嵌入式Web的機器人遠(yuǎn)程監(jiān)控和基于socket連接的機器人網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的實現(xiàn)。當(dāng)軟件版本升級時，所有客戶端軟件均需要更新。機器人服務(wù)器由三部分構(gòu)成：機器人控制、圖像采集/壓縮和WinSock通訊程序，是一臺運行Windows98 的工業(yè)計算機，其上安裝有機器人通訊控制卡、圖像采集卡和手爪控制器等硬件。顯然，這種控制方式的成本非常高昂，體積也過于龐大，無法適應(yīng)移動機器人的小型化、群體化的要求。機器人運動控制與傳感信息采集圖像采集單元無線傳感網(wǎng)絡(luò)接入運動控制與內(nèi)部傳感單元調(diào)速電機內(nèi)部傳感器機器人控制系統(tǒng)平臺Web服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器機器人服務(wù)器客戶端無線路由器Web瀏覽器遠(yuǎn)程控制程序Internet圖23 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)與上文所述系統(tǒng)相比較，具有以下特點：1) 同時提供基于socket連接的機器人遠(yuǎn)程控制服務(wù)和基于Web機器人遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)，融合了C/S模式和B/S模式兩者的優(yōu)點，提高了系統(tǒng)控制的靈活性；2) 機器人服務(wù)器，包括網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器、Web服務(wù)器和圖像采集系統(tǒng)，在一塊嵌入式控制板中來實現(xiàn)，并集成在移動機器人中，減少了系統(tǒng)的成本，降低了系統(tǒng)的規(guī)模；3) 與具體的應(yīng)用場景和控制策略無關(guān)，操作者可以根據(jù)任務(wù)的需要來配置不同的設(shè)備，采取不同的控制方式；4) 通過與無線傳感網(wǎng)絡(luò)的連接，提升了移動機器人對環(huán)境的感知能力；5) 軟硬件接口和結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，增強系統(tǒng)的擴展能力；各模塊間均通過標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口或USB接口進行連接，當(dāng)需要擴展外部設(shè)備時，可以使用串口擴展卡或USB擴展卡來實現(xiàn)；6) 具有良好的模塊化和組件特征，各功能單元可以獨立的、并行的工作。多數(shù)機器人的這幾個部分是作為3個獨立單元來實現(xiàn)，即一塊電機驅(qū)動板，一塊傳感器采集板和一臺PC作為圖像服務(wù)器。用戶可以根據(jù)任務(wù)的需要，選擇最優(yōu)的控制方式。這一結(jié)構(gòu)具有獨立的16KB 的指令Cache 和16KB數(shù)據(jù)Cache。該控制板采用一片8位PIC18F8520單片機作為微控制器（MCU）。馬達輸出口14PIC18F8520馬達輸出口58計 數(shù) 口 模擬輸入口數(shù)字輸入口串口 主控制板圖26 運動控制與內(nèi)部傳感單元硬件框圖 其它為滿足移動性和網(wǎng)絡(luò)化的要求，機器人需要以無線的方式接入Internet，系統(tǒng)通過在主控制USB HOST1處外接一個USB無線網(wǎng)卡，配合無線路由器，實現(xiàn)了此項功能。在本系統(tǒng)中，機器人控制系統(tǒng)平臺為機器人服務(wù)器提供運行的軟硬件環(huán)境，硬件上由基于S3C2410處理器的主控制板，無線網(wǎng)卡和攝像頭組成，軟件上則是由移植到主控制板上的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，以及外圍設(shè)備的驅(qū)動組成。交叉編譯調(diào)試環(huán)境建立在宿主機（即一臺PC 機）上，對應(yīng)的開發(fā)板叫做目標(biāo)板。(2) TFTP服務(wù)的配置： 在PC機上執(zhí)行setup，選擇System services，將其中的tftp一項選中（出現(xiàn) [*]表示選中），并去掉ipchains和iptables兩項服務(wù)（即去掉它們前面的*號）。其中，uboot是souceforge網(wǎng)站上的一個開放源代碼的項目[40]。一個可執(zhí)行的Image必須有一個入口點，并且只能有一個全局入口，通常這個入口放在ROM(FLASH)的0x00000000地址處，因此，必須通知編譯器以使其知道這個入口，該工作可通過修改連接器腳本來完成。(2) 初始化FLASH設(shè)備。在arm920t子目錄中包括有makefile、以及s3c24x0、at91rm9200等文件夾。主要的移植步驟如下：1. 在board目錄下新建myboard目錄，并將board/smdk2410/目錄下的文件全部復(fù)制到board/myboard目錄下。在對該芯片的支持中，必須在底層完成對FLASH的擦除以及寫處理函數(shù)供上層調(diào)用，具體實現(xiàn)與存儲芯片的一套機制相關(guān)。2. 設(shè)置內(nèi)核的啟動參數(shù)。4. 調(diào)用內(nèi)核。(3) /fs包含了所有的文件系統(tǒng)的代碼。(8) /mm包含了所有內(nèi)存管理代碼。對每一個配置來說，內(nèi)核生成以后包括4個文件：沒有壓縮的內(nèi)核鏡像（zImage或bzImage），壓縮的內(nèi)核鏡像（vmlinux），內(nèi)核符號映射文件（）以及配置文件（config）。Linux把設(shè)備分為三大類，即字符設(shè)備（char device）、塊設(shè)備（block device）和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（network device）。應(yīng)用程序首先通過文件系統(tǒng)（POSIX）接口來訪問相應(yīng)的USB設(shè)備類驅(qū)動程序和USBD；USB設(shè)備類驅(qū)動程序則通過USBD提供的相關(guān)接口將數(shù)據(jù)請求包傳遞給USBD；USBD通過HCD提供的接口，進一步將數(shù)據(jù)包傳遞給HCD；HCD最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到USB總線上。本系統(tǒng)采用的是第二種方法，選用的USB無線網(wǎng)卡是NETGEAR公司提供的基于Prism3芯片的MA111。5) 執(zhí)行“ifconfig wlan0 ”。在目前的Linux核心中，視頻部分的標(biāo)準(zhǔn)是Video for Linux(簡稱V4L)。執(zhí)行“patch p1 ”。圖36 攝像頭驅(qū)動加載信息 本章小結(jié)本章著重介紹了在構(gòu)建機器人控制系統(tǒng)系統(tǒng)平臺的過程中，在軟件方面的幾點工作，包括引導(dǎo)裝載程序uboot的移植、Linux內(nèi)核的移植、USB無線網(wǎng)卡驅(qū)動的移植和USB攝像頭驅(qū)動的移植?？紤]到PIC18F8520串口可以單字節(jié)收發(fā)的特性，為減少不必要的數(shù)據(jù)傳輸，命令采用兩級的方式定義，第一級命令只有一個字節(jié)，如表41所示：表41 一級命令說明cmd高級控制0x61繼續(xù)運行0x62暫停運行0x63狀態(tài)信息查詢0x64 目前，只有高級控制這個一級命令擁有二級的命令，二級命令有3個字節(jié)，如表42所示：表42 二級命令說明cmd_ucmd_hcmd_l啟動電機0x01通道號速度值前行0x03速度值持續(xù)時間（為0則一直前行）左轉(zhuǎn)指定角度0x04無轉(zhuǎn)動角度值右轉(zhuǎn)指定角度0x05無轉(zhuǎn)動角度值后退0x06速度值持續(xù)時間（為0則一直后退）轉(zhuǎn)動到指定方位0x08角度值（高位）角度值（低位）尋光0x0a無無……………………PIC18F8520上的串口采用中斷方式接收數(shù)據(jù)，接口命令的解析主要在串口中斷中進行。在定時器3的中斷處理例程中，首先要清除定時器3的中斷標(biāo)志位，再判斷通道計數(shù)器speedbufpoint的值，若其小于8，則代表目前要進行的是本周期內(nèi)某個通道波形的輸出；若其等于8，則代表輸出的是第8通道的波形，此時則需要定本周期剩余的時間值，輸出本周期的結(jié)束標(biāo)志；若其大于8，則表示本周期的所有波形已經(jīng)輸出完畢，需要開始進行下一周期的波形輸出。在具體實現(xiàn)過程中，采用了一個void sensor (unsigned char mand_h , unsigned char mand_l) 函數(shù)來進行調(diào)度。 destangle=currentangle+turnangle。 } el