【正文】 著名公司和大學(xué)也加入到移動(dòng)機(jī)器人研究工作中，開(kāi)發(fā)的較著名的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有Martin公司的ALVin，F(xiàn)MC公司的ARV，RWI公司的microARTV，ActivMedia公司的pioneer2 DX[3]。 圖11 火星探測(cè)器 圖12 Mercury Project1995年，Ken GoldBerg開(kāi)發(fā)的Telegarden Project[8]是第一代網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人的代表，如圖13所示，一個(gè)通過(guò)Internet遠(yuǎn)程控制的工業(yè)機(jī)器人可以接受用戶指令實(shí)現(xiàn)在異地花園的灌溉和花草培育，用戶主要是通過(guò)安裝在機(jī)器人上的視頻設(shè)備反饋的圖像查看機(jī)器人工作情況，系統(tǒng)采用“FIFO”思想，對(duì)多個(gè)用戶排隊(duì)，由西澳大利亞大學(xué)研制。系統(tǒng)能夠獲取機(jī)器人相機(jī)的圖像也能夠通過(guò)各種代理機(jī)制在同一時(shí)刻服務(wù)多個(gè)用戶。VxWorks功能非常強(qiáng)大，包括進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及系統(tǒng)應(yīng)用等幾個(gè)部分。其軟件源碼全部公開(kāi)，任何人可以修改并在GNU 通用公共許可證（GNU General Public License）下發(fā)行。（6）豐富的網(wǎng)絡(luò)資源Linux是一個(gè)自由開(kāi)放的世界，在Linux（無(wú)論P(yáng)C 還是嵌入式系統(tǒng)）上進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)都可以在廣袤的網(wǎng)絡(luò)資源中獲取幫助。第6章：工作總結(jié)和展望。網(wǎng)卡WinSock通訊程序Internet服務(wù)器Web服務(wù)程序用戶數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)卡圖像采集與處理機(jī)器人服務(wù)器WinSock通訊程序機(jī)器人控制攝像機(jī)1攝像機(jī)2攝像機(jī)3Puma562……客戶N客戶1LAN圖21 Telerobot的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（2） 多機(jī)器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)[33]系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S) 分布式多級(jí)架構(gòu)。在本系統(tǒng)中，機(jī)器人控制系統(tǒng)平臺(tái)為機(jī)器人服務(wù)器提供運(yùn)行的軟硬件環(huán)境，硬件上主要由一塊基于ARM處理器的嵌入式控制板，無(wú)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(dòng)組成。用戶可以根據(jù)操作平臺(tái)的不同，選擇不同的控制方式，在PC機(jī)上可以采用網(wǎng)頁(yè)來(lái)控制；在智能手機(jī)上可以通過(guò)編寫控制程序來(lái)控制，等等。它有多個(gè)系列和型號(hào)，分別由一些基本的功能模塊按照不同的應(yīng)用目標(biāo)組合而成。實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人對(duì)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線接入，滿足其移動(dòng)性的要求；通過(guò)USB攝像頭實(shí)現(xiàn)對(duì)外部環(huán)境的圖像信息采集。圖32給出了這種開(kāi)發(fā)模式下的開(kāi)發(fā)流程： 圖32 開(kāi)發(fā)流程REDHAT在加入網(wǎng)關(guān)設(shè)置后，網(wǎng)絡(luò)建立TCP鏈接非常慢，會(huì)導(dǎo)致在開(kāi)發(fā)板上通過(guò)NFS服務(wù)掛載PC機(jī)時(shí)，需要等待較長(zhǎng)的時(shí)間。(3) 設(shè)置CPU的速度、時(shí)鐘頻率及中斷控制寄存器。(2) board開(kāi)發(fā)板的相關(guān)文件，其中的子目錄都是以u(píng)boot已經(jīng)支持的開(kāi)發(fā)板為名，比如有子目錄smdk24ep731evb4510等。8. 執(zhí)行make distclean；make myboard_config；make。但在執(zhí)行內(nèi)核調(diào)用前需要做好以下準(zhǔn)備：CPU 寄存器的R0＝0，R1＝193（機(jī)器類型的ID，可以參見(jiàn) linux/arch/arm/tools/machtypes），R2＝0x30000100（啟動(dòng)參數(shù)標(biāo)記列表在 RAM 中起始基地址）；CPU要工作在管理模式，關(guān)閉中斷和MMU；關(guān)閉數(shù)據(jù)Cache和指令Cache。在移植過(guò)程中，定時(shí)器、中斷、CACHE管理、MMU等和硬件密切相關(guān)的地方都是要相關(guān)平臺(tái)的底層代碼支持的，要特別注意。塊設(shè)備是主要針對(duì)磁盤等慢速設(shè)備的，以免耗費(fèi)過(guò)多地CPU時(shí)間來(lái)等待。在編譯的過(guò)程中，會(huì)有錯(cuò)誤出現(xiàn)，部分錯(cuò)誤和使用的編譯器有關(guān)，也有些錯(cuò)誤是代碼編寫者的筆誤造成，根據(jù)編譯器的提示，進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改可以將錯(cuò)誤消除；(3) 編譯通過(guò)后還需將驅(qū)動(dòng)加載到內(nèi)核中，并進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的配置，才能讓無(wú)線網(wǎng)卡真正在Linux系統(tǒng)下運(yùn)行起來(lái)。目前的V4L涵蓋了視、音頻流捕捉及處理等內(nèi)容，USB攝像頭也屬于它支持的范疇。70第4章 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制和傳感信息采集機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制與傳感信息采集主要完成對(duì)移動(dòng)機(jī)器人各個(gè)電機(jī)的控制及配備的各式傳感器信息的獲取，如攝像頭、超聲波傳感器、電子羅盤和光敏傳感器等。speedbufpoint++結(jié) 束初 始 化設(shè)置通道和轉(zhuǎn)速度motorflag= =1?否是定時(shí)器參數(shù)設(shè)置結(jié) 束中斷標(biāo)志位清零speedbufpoint9=1?定時(shí)器中斷處理程序輸出第1段波形否準(zhǔn)備下一周期輸出第1段波形是speedbufpoint= =8=1?是否定本周期剩余時(shí)間輸出對(duì)應(yīng)段的波形圖41 電機(jī)控制流程圖 內(nèi)部傳感器信息采集這里所講的內(nèi)部傳感器是相對(duì)攝像頭和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)而言，專指前文所述的與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制部分集成在一起的那些傳感器的信息采集，如電子羅盤、光敏傳感器、超聲波傳感器、碰撞開(kāi)關(guān)等，共有13個(gè)傳感器接口。 currentangle =sensor_buf[13]。if(turnangle0) { sensor(6,13)。當(dāng)上位機(jī)發(fā)出啟動(dòng)電機(jī)、前進(jìn)或轉(zhuǎn)向等命令時(shí)，就會(huì)調(diào)用電機(jī)控制函數(shù)。3) ,。同時(shí)因其靈活、方便的特性，易于被集成到嵌入式系統(tǒng)中。 2. linuxwlanng[45]linuxwlanng是專門為解決嵌入式Linux系統(tǒng)下無(wú)線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題而成立的一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目。這個(gè)編程接口能夠使得驅(qū)動(dòng)程序獨(dú)立于內(nèi)核的其它部分而建立，必要的情況下可在運(yùn)行時(shí)“插入”內(nèi)核。(6) /ipc包含了進(jìn)程間通信代碼。Linux 內(nèi)核在啟動(dòng)時(shí)可以用命令行參數(shù)的形式來(lái)接收信息，利用這一點(diǎn)我們可以向內(nèi)核提供那些內(nèi)核不能自己檢測(cè)的硬件參數(shù)信息，或者重載(override)內(nèi)核自己檢測(cè)到的信息。6. 實(shí)現(xiàn)對(duì)FLASH的支持，需要修改/board/myboard/、以及/mon/。 uboot的移植 與移植相關(guān)的文件和目錄uboot源代碼可以在。依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼（如設(shè)備初始化代碼等）都放在stage1，用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，而stage2則用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，而且有更好的可讀性和移植性。宿主機(jī)和目標(biāo)板通過(guò)以太網(wǎng)連接（如圖31所示）。最后，根據(jù)該架構(gòu)，設(shè)計(jì)了基于ARM處理器的機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)，并給出了主要組成單元的硬件設(shè)計(jì)框圖。其中，串口0作為L(zhǎng)inux系統(tǒng)的控制臺(tái)；串口1用于連接無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)接入模塊；串口2用于連接底層機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制與內(nèi)部傳感單元；USB HOST1用于連接USB無(wú)線網(wǎng)卡；USB HOST2用于連接USB攝像頭；以太網(wǎng)口和JTAG口可以方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和升級(jí)。機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器采用socket通訊的方式與用戶進(jìn)行交互，操作者需要根據(jù)該服務(wù)器的控制接口編寫控制程序，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制；Web監(jiān)控服務(wù)器采用嵌入式Web技術(shù)，通過(guò)CGI程序完成與用戶的動(dòng)態(tài)交互，操作者可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)來(lái)觀察機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)、傳感信息，以及機(jī)器人自身配備的攝像頭所捕捉的環(huán)境圖像信息。遠(yuǎn)程用戶可以利用機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器提供的控制接口，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程控制；同時(shí)還可以網(wǎng)頁(yè)查看機(jī)器人上的Web服務(wù)器提供的機(jī)器人狀態(tài)信息、傳感數(shù)據(jù)和圖像信息等，監(jiān)視機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)；另外，操作者還可以使用網(wǎng)頁(yè)上提供的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制功能，來(lái)調(diào)整機(jī)器人的位置，設(shè)置機(jī)器人的工作參數(shù)等。 Internet 服務(wù)器主要完成基于瀏覽器的交互式用戶界面和用戶數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)，機(jī)器人服務(wù)器完成PUMA562 機(jī)器人的控制、CCD 攝像機(jī)的圖像采集與壓縮，Internet 服務(wù)器和機(jī)器人服務(wù)器之間通過(guò)LAN 使用TCP/ IP 協(xié)議進(jìn)行互聯(lián)。第4章：介紹機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制和傳感信息的采集。（4）極高的穩(wěn)定性Linux內(nèi)核非常的健壯，在PC硬件上運(yùn)行時(shí)非常可靠和穩(wěn)定，特別是和現(xiàn)在流行的一些操作系統(tǒng)相比。它是發(fā)展未來(lái)嵌入式設(shè)備的絕佳資源，具有廣泛的應(yīng)用前景。在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)中，采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱RTOS）能夠支持多任務(wù)，使得程序開(kāi)發(fā)更加容易，便于維護(hù)，同時(shí)能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 圖15 KhpOnWeb 圖16 Xavier另一個(gè)受到好評(píng)的是The Museum tourguide robot[12] [13] [14]?！癈ambridge coffeepot”[6]是第一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，1980年出現(xiàn)在INTERNET網(wǎng)上。該時(shí)期的移動(dòng)機(jī)器人的研究，研究人員主要是研究在室內(nèi)結(jié)構(gòu)化環(huán)境下，移動(dòng)機(jī)器人所有應(yīng)用到的基本技術(shù)，包括機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息融合、路徑規(guī)劃等。嵌入式系統(tǒng)工業(yè)是專用計(jì)算機(jī)工業(yè)，其目的就是要把一切變得更簡(jiǎn)單、更方便、更普遍、更適用；通用計(jì)算機(jī)的發(fā)展變?yōu)楣δ茈娔X，普遍進(jìn)入社會(huì)，嵌入式計(jì)算機(jī)發(fā)展的目標(biāo)是專用電腦，實(shí)現(xiàn)“普適化計(jì)算”，因此可以稱嵌入式智能系統(tǒng)是構(gòu)成未來(lái)世界的“數(shù)字基因”。因此，在此之前出現(xiàn)了若干種間接實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)接入 Internet 的方案，如Webit 技術(shù)、EMIT 技術(shù)（采用 PC 作為嵌入式系統(tǒng)接入網(wǎng)關(guān)，稱為 emGateway，再由 emGateway 通過(guò) RS23CAN 或射頻等總線與嵌入式系統(tǒng)連接）等。國(guó)內(nèi)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的研究起步較晚，但經(jīng)過(guò)多年努力，也取得了一定成績(jī)。 圖13 Telegarden Project 圖14 TelerobotAustralia’s Telerobot[9]見(jiàn)圖14，是一個(gè)帶有攝象機(jī)的具有六個(gè)自由度的工業(yè)機(jī)器人，用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制它來(lái)擺設(shè)基于X、Y、Z坐標(biāo)系的一些積木塊，用戶每控制一次，就得到一幅靜態(tài)的圖像，通過(guò)不斷更新的圖像來(lái)進(jìn)行操作，由澳大利亞大學(xué)研制。國(guó)內(nèi)在基于網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人遠(yuǎn)程控制技術(shù)領(lǐng)域的研究目前也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。VxWorks的內(nèi)核只占用很小的存儲(chǔ)空間，并可高度裁剪，從而保證了系統(tǒng)能以較高的效率運(yùn)行。Linux 帶有Unix 用戶熟悉的完善的開(kāi)發(fā)工具，幾乎所有的Unix 系統(tǒng)的應(yīng)用軟件都已移植到了Linux 上。 課題來(lái)源與主要研究?jī)?nèi)容本課題來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)態(tài)特征與可重構(gòu)控制框架（60475031），和湖北省青年杰出人才基金項(xiàng)目：自治體系統(tǒng)的分布式智能傳感、控制與協(xié)作（2005ABB021）。在這一章節(jié)中，對(duì)全文作了總結(jié)，并指出自己所作的工作和創(chuàng)新點(diǎn)，以及系統(tǒng)需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖22：第一層是瀏覽器，用戶通過(guò)瀏覽器登錄系統(tǒng)、注冊(cè)、控制機(jī)器人、進(jìn)入論壇參與討論等；第二層是超文本傳輸協(xié)議服務(wù)器(HTTP) 服務(wù)器，負(fù)責(zé)接受瀏覽器發(fā)送的HTTP 請(qǐng)求( Get 或Post)，進(jìn)行事務(wù)處理(與機(jī)器人本地控制系統(tǒng)通信傳送命令、連接數(shù)據(jù)庫(kù)、維持用戶隊(duì)列并管理控制權(quán)限、連接圖像源以及利用端口映射工具將流媒體文件導(dǎo)入頁(yè)面內(nèi)嵌的播放器)，返回相應(yīng)的HTML 頁(yè)面給瀏覽器；第三層是數(shù)據(jù)源，包括數(shù)據(jù)庫(kù)、視頻服務(wù)器、攝像頭以及本地機(jī)器人控制系統(tǒng)。嵌入式Linux系統(tǒng)支持各種標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，能為服務(wù)器提供完備的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件平臺(tái)主要由五部分組成，即主控制模塊、USB無(wú)線網(wǎng)卡、USB攝像頭、運(yùn)動(dòng)控制與內(nèi)部傳感單元和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)接入模塊，系統(tǒng)硬件框圖如圖24所示。由于其較高的性價(jià)比，在智能儀表，醫(yī)療設(shè)備，保安系統(tǒng)等領(lǐng)域已經(jīng)取得了廣泛的應(yīng)用。采用嵌入式系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件平臺(tái)，大大降低了系統(tǒng)的總體成本，符合移動(dòng)機(jī)器人的小型化、群體化的發(fā)展趨勢(shì)。此時(shí)，可以在REDHAT LINUX PC機(jī)上上執(zhí)行 “route del default”來(lái)去掉網(wǎng)關(guān)，然后再進(jìn)行NFS mount等操作就會(huì)更加快捷。(4) 初始化內(nèi)存控制器。在smdk2410子目錄中有makefile、。此時(shí)，將主控制板的串口0與電腦相連，重新啟動(dòng)開(kāi)發(fā)板，就可以通過(guò)串口看到uboot的啟動(dòng)信息了，如圖33所示。 Linux內(nèi)核的移植Linux系統(tǒng)能支持如此多平臺(tái)的部分原因是因?yàn)閮?nèi)核把源程序代碼清晰的劃分為體系結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)部分和體系結(jié)構(gòu)相關(guān)部分[41]。實(shí)際上，在開(kāi)源社區(qū)中已經(jīng)有很多人做過(guò)針對(duì)ARM架構(gòu)處理器的移植工作，其中最有影響力的是由Russell King領(lǐng)導(dǎo)的ARMLinux[42]。一般來(lái)說(shuō)，Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要完成如下功能：（1） 設(shè)備初始化、釋放；（2） 提供各類設(shè)備服務(wù)；（3） 負(fù)責(zé)內(nèi)核和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換；（4） 檢測(cè)和處理設(shè)備工作過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。1) 。Linux本身集成了基于ov511芯片的攝像頭驅(qū)動(dòng)。目前，大多數(shù)機(jī)器人的這兩個(gè)部分是作為兩個(gè)獨(dú)立單元來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即一塊運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)板控制電機(jī)，一塊傳感器采集板完成信號(hào)的采集。電子羅盤能提供機(jī)器人的方位信息，其輸出的數(shù)據(jù)格式為一組連續(xù)的方波信號(hào)，因此采用捕獲方式來(lái)采集該數(shù)據(jù)；超聲波傳感器可以用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人周圍是否有障礙物及障礙物的距離，其輸出的數(shù)據(jù)格式也是一組連續(xù)的方波信號(hào)，因此也采用捕獲方式來(lái)采集該數(shù)據(jù)；光敏傳感器能測(cè)量環(huán)境中光的強(qiáng)度，其輸出是模擬信號(hào)，因此采用A/D轉(zhuǎn)換來(lái)采集該傳感器的信息；碰撞開(kāi)關(guān)能檢測(cè)機(jī)器人是否碰到了物體，其輸出格式為二進(jìn)制值，即在39。 if((