【正文】 著名公司和大學也加入到移動機器人研究工作中，開發(fā)的較著名的機器人實驗平臺有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 火星探測器 圖12 Mercury Project1995年，Ken GoldBerg開發(fā)的Telegarden Project[8]是第一代網(wǎng)絡(luò)機器人的代表，如圖13所示，一個通過Internet遠程控制的工業(yè)機器人可以接受用戶指令實現(xiàn)在異地花園的灌溉和花草培育，用戶主要是通過安裝在機器人上的視頻設(shè)備反饋的圖像查看機器人工作情況，系統(tǒng)采用“FIFO”思想，對多個用戶排隊，由西澳大利亞大學研制。系統(tǒng)能夠獲取機器人相機的圖像也能夠通過各種代理機制在同一時刻服務(wù)多個用戶。VxWorks功能非常強大，包括進程管理、存儲管理、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)用等幾個部分。其軟件源碼全部公開，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是一個自由開放的世界，在Linux（無論PC 還是嵌入式系統(tǒng)）上進行軟件開發(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)庫網(wǎng)卡圖像采集與處理機器人服務(wù)器WinSock通訊程序機器人控制攝像機1攝像機2攝像機3Puma562……客戶N客戶1LAN圖21 Telerobot的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（2） 多機器人遠程控制系統(tǒng)[33]系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S) 分布式多級架構(gòu)。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，硬件上主要由一塊基于ARM處理器的嵌入式控制板，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。用戶可以根據(jù)操作平臺的不同，選擇不同的控制方式，在PC機上可以采用網(wǎng)頁來控制；在智能手機上可以通過編寫控制程序來控制，等等。它有多個系列和型號，分別由一些基本的功能模塊按照不同的應(yīng)用目標組合而成。實現(xiàn)了機器人對網(wǎng)絡(luò)的無線接入，滿足其移動性的要求；通過USB攝像頭實現(xiàn)對外部環(huán)境的圖像信息采集。圖32給出了這種開發(fā)模式下的開發(fā)流程： 圖32 開發(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，會導致在開發(fā)板上通過NFS服務(wù)掛載PC機時，需要等待較長的時間。(3) 設(shè)置CPU的速度、時鐘頻率及中斷控制寄存器。(2) board開發(fā)板的相關(guān)文件，其中的子目錄都是以uboot已經(jīng)支持的開發(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備：CPU 寄存器的R0＝0，R1＝193（機器類型的ID，可以參見 linux/arch/arm/tools/machtypes），R2＝0x30000100（啟動參數(shù)標記列表在 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。在移植過程中，定時器、中斷、CACHE管理、MMU等和硬件密切相關(guān)的地方都是要相關(guān)平臺的底層代碼支持的，要特別注意。塊設(shè)備是主要針對磁盤等慢速設(shè)備的，以免耗費過多地CPU時間來等待。在編譯的過程中，會有錯誤出現(xiàn)，部分錯誤和使用的編譯器有關(guān)，也有些錯誤是代碼編寫者的筆誤造成，根據(jù)編譯器的提示，進行簡單的修改可以將錯誤消除；(3) 編譯通過后還需將驅(qū)動加載到內(nèi)核中，并進行一些簡單的配置，才能讓無線網(wǎng)卡真正在Linux系統(tǒng)下運行起來。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 機器人運動控制和傳感信息采集機器人運動控制與傳感信息采集主要完成對移動機器人各個電機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?否是定時器參數(shù)設(shè)置結(jié) 束中斷標志位清零speedbufpoint9=1?定時器中斷處理程序輸出第1段波形否準備下一周期輸出第1段波形是speedbufpoint= =8=1?是否定本周期剩余時間輸出對應(yīng)段的波形圖41 電機控制流程圖 內(nèi)部傳感器信息采集這里所講的內(nèi)部傳感器是相對攝像頭和無線傳感網(wǎng)絡(luò)而言，專指前文所述的與機器人運動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、碰撞開關(guān)等，共有13個傳感器接口。 currentangle =sensor_buf[13]。if(turnangle0) { sensor(6,13)。當上位機發(fā)出啟動電機、前進或轉(zhuǎn)向等命令時，就會調(diào)用電機控制函數(shù)。3) ,。同時因其靈活、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)下無線網(wǎng)卡驅(qū)動的問題而成立的一個開源項目。這個編程接口能夠使得驅(qū)動程序獨立于內(nèi)核的其它部分而建立，必要的情況下可在運行時“插入”內(nèi)核。(6) /ipc包含了進程間通信代碼。Linux 內(nèi)核在啟動時可以用命令行參數(shù)的形式來接收信息，利用這一點我們可以向內(nèi)核提供那些內(nèi)核不能自己檢測的硬件參數(shù)信息，或者重載(override)內(nèi)核自己檢測到的信息。6. 實現(xiàn)對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，用匯編語言來實現(xiàn)，而stage2則用C語言來實現(xiàn)，這樣可以實現(xiàn)復雜的功能，而且有更好的可讀性和移植性。宿主機和目標板通過以太網(wǎng)連接（如圖31所示）。最后，根據(jù)該架構(gòu)，設(shè)計了基于ARM處理器的機器人控制系統(tǒng)硬件平臺，并給出了主要組成單元的硬件設(shè)計框圖。其中，串口0作為Linux系統(tǒng)的控制臺；串口1用于連接無線傳感網(wǎng)絡(luò)接入模塊；串口2用于連接底層機器人運動控制與內(nèi)部傳感單元；USB HOST1用于連接USB無線網(wǎng)卡；USB HOST2用于連接USB攝像頭；以太網(wǎng)口和JTAG口可以方便對系統(tǒng)進行調(diào)試和升級。機器人網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器采用socket通訊的方式與用戶進行交互，操作者需要根據(jù)該服務(wù)器的控制接口編寫控制程序，即可實現(xiàn)對機器人的控制；Web監(jiān)控服務(wù)器采用嵌入式Web技術(shù)，通過CGI程序完成與用戶的動態(tài)交互，操作者可以通過網(wǎng)頁來觀察機器人的運行狀態(tài)、傳感信息，以及機器人自身配備的攝像頭所捕捉的環(huán)境圖像信息。遠程用戶可以利用機器人網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器提供的控制接口，對機器人進行編程控制；同時還可以網(wǎng)頁查看機器人上的Web服務(wù)器提供的機器人狀態(tài)信息、傳感數(shù)據(jù)和圖像信息等，監(jiān)視機器人的運動；另外，操作者還可以使用網(wǎng)頁上提供的機器人運動控制功能，來調(diào)整機器人的位置，設(shè)置機器人的工作參數(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)庫的維護，機器人服務(wù)器完成PUMA562 機器人的控制、CCD 攝像機的圖像采集與壓縮，Internet 服務(wù)器和機器人服務(wù)器之間通過LAN 使用TCP/ IP 協(xié)議進行互聯(lián)。第4章：介紹機器人運動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硬件上運行時非?？煽亢头€(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)用開發(fā)中，采用嵌入式實時操作系統(tǒng)（簡稱RTOS）能夠支持多任務(wù)，使得程序開發(fā)更加容易，便于維護，同時能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 圖15 KhpOnWeb 圖16 Xavier另一個受到好評的是The Museum tourguide robot[12] [13] [14]?！癈ambridge coffeepot”[6]是第一個基于網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動設(shè)備，1980年出現(xiàn)在INTERNET網(wǎng)上。該時期的移動機器人的研究，研究人員主要是研究在室內(nèi)結(jié)構(gòu)化環(huán)境下，移動機器人所有應(yīng)用到的基本技術(shù)，包括機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計、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)是專用計算機工業(yè)，其目的就是要把一切變得更簡單、更方便、更普遍、更適用；通用計算機的發(fā)展變?yōu)楣δ茈娔X，普遍進入社會，嵌入式計算機發(fā)展的目標是專用電腦，實現(xiàn)“普適化計算”，因此可以稱嵌入式智能系統(tǒng)是構(gòu)成未來世界的“數(shù)字基因”。因此，在此之前出現(xiàn)了若干種間接實現(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 RS23CAN 或射頻等總線與嵌入式系統(tǒng)連接）等。國內(nèi)對移動機器人的研究起步較晚，但經(jīng)過多年努力，也取得了一定成績。 圖13 Telegarden Project 圖14 TelerobotAustralia’s Telerobot[9]見圖14，是一個帶有攝象機的具有六個自由度的工業(yè)機器人，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)遠程控制它來擺設(shè)基于X、Y、Z坐標系的一些積木塊，用戶每控制一次，就得到一幅靜態(tài)的圖像，通過不斷更新的圖像來進行操作，由澳大利亞大學研制。國內(nèi)在基于網(wǎng)絡(luò)的機器人遠程控制技術(shù)領(lǐng)域的研究目前也有了長足的進步。VxWorks的內(nèi)核只占用很小的存儲空間，并可高度裁剪，從而保證了系統(tǒng)能以較高的效率運行。Linux 帶有Unix 用戶熟悉的完善的開發(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。 課題來源與主要研究內(nèi)容本課題來源于國家自然科學基金項目：傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下移動機器人動態(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，對全文作了總結(jié)，并指出自己所作的工作和創(chuàng)新點，以及系統(tǒng)需要進一步改進的地方。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖22：第一層是瀏覽器，用戶通過瀏覽器登錄系統(tǒng)、注冊、控制機器人、進入論壇參與討論等；第二層是超文本傳輸協(xié)議服務(wù)器(HTTP) 服務(wù)器，負責接受瀏覽器發(fā)送的HTTP 請求( Get 或Post)，進行事務(wù)處理(與機器人本地控制系統(tǒng)通信傳送命令、連接數(shù)據(jù)庫、維持用戶隊列并管理控制權(quán)限、連接圖像源以及利用端口映射工具將流媒體文件導入頁面內(nèi)嵌的播放器)，返回相應(yīng)的HTML 頁面給瀏覽器；第三層是數(shù)據(jù)源，包括數(shù)據(jù)庫、視頻服務(wù)器、攝像頭以及本地機器人控制系統(tǒng)。嵌入式Linux系統(tǒng)支持各種標準的通訊協(xié)議，能為服務(wù)器提供完備的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計系統(tǒng)硬件平臺主要由五部分組成，即主控制模塊、USB無線網(wǎng)卡、USB攝像頭、運動控制與內(nèi)部傳感單元和無線傳感網(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)來實現(xiàn)機器人控制系統(tǒng)軟件平臺，大大降低了系統(tǒng)的總體成本，符合移動機器人的小型化、群體化的發(fā)展趨勢。此時，可以在REDHAT LINUX PC機上上執(zhí)行 “route del default”來去掉網(wǎng)關(guān)，然后再進行NFS mount等操作就會更加快捷。(4) 初始化內(nèi)存控制器。在smdk2410子目錄中有makefile、。此時，將主控制板的串口0與電腦相連，重新啟動開發(fā)板，就可以通過串口看到uboot的啟動信息了，如圖33所示。 Linux內(nèi)核的移植Linux系統(tǒng)能支持如此多平臺的部分原因是因為內(nèi)核把源程序代碼清晰的劃分為體系結(jié)構(gòu)無關(guān)部分和體系結(jié)構(gòu)相關(guān)部分[41]。實際上，在開源社區(qū)中已經(jīng)有很多人做過針對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)導的ARMLinux[42]。一般來說，Linux的設(shè)備驅(qū)動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） 負責內(nèi)核和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換；（4） 檢測和處理設(shè)備工作過程中出現(xiàn)的錯誤。1) 。Linux本身集成了基于ov511芯片的攝像頭驅(qū)動。目前，大多數(shù)機器人的這兩個部分是作為兩個獨立單元來實現(xiàn)的，即一塊運動驅(qū)動板控制電機，一塊傳感器采集板完成信號的采集。電子羅盤能提供機器人的方位信息，其輸出的數(shù)據(jù)格式為一組連續(xù)的方波信號，因此采用捕獲方式來采集該數(shù)據(jù)；超聲波傳感器可以用來檢測機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，因此也采用捕獲方式來采集該數(shù)據(jù)；光敏傳感器能測量環(huán)境中光的強度，其輸出是模擬信號，因此采用A/D轉(zhuǎn)換來采集該傳感器的信息；碰撞開關(guān)能檢測機器人是否碰到了物體，其輸出格式為二進制值，即在39。 if((