自主移动机器人控制系统软件设计(2)

全球定位系统:对于室外导航,这是一个革命性技术。但用于移动机器人导航时,存在以下问题:

(1) 由于植物和山地,存在周期性的信号阻碍; (2) 多径干扰;(3) 对于初级(单独一个) 导航系统,定位精度不够。

路标导航:路标是机器人能从其传感输入所能认出的不同特性。路标可以是几何形状(如线段,圆,或矩形) ,也可包括附加信息。一般情况,路标有固定的和己知的位置。路标要认真仔细地选择,以利于识别,例如,相对于环境,要有充分的对比。为了利用路标进行导航,必须知道路标的特征并将其事先存入机器人的内存中。然后,定位的主要任务就是可靠地识别路标以便计算机器人的位置。为了简化路标获取问题,常常假设当前机器人的位置和方位近似已知,这样就可使机器人在一个有限的区域内寻找路标。因此,为了成功地探测到路标,要求有一个好的测距法。

路标分自然路标和人工路标。自然路标是早己在环境中存在并且除了用于机器人导航之外还有一定功能的目标或特征。人工路标是安装在环境中单独用于机器人导航的专门设计的目标或标记。

地图模型匹配:基于地图定位,也称之为地图匹配,是一种机器人利用其自身的传感器创建一个

随着机器人在非结构化环境中使用的越来越来频繁,机器人所承担的任务与日俱增。8位的微处理器比如MCS-51已经不能满足任务需要。32位的处理器已经成为机器人首选的控制核心。本文提出了一种用于移动机器人的控制方案。这个方案采用红外线和超声波传感器进行定位和避障,使用直流电机实现机器人移动,使用带有嵌入

自己的局部环境的技术。然后,这个局部地图与保存在内存的全局地图进行比较。如果匹配,机器人就可以计算出自己在环境中的真实位置和方位。以前存储的地图可以是环境的一个CAD 模型,或者可以由以前的传感数据构造。优点是无需改变环境,而是利用环境的自然结构进行推理位置信息。另外,使用已经开发的一些算法,机器人可以通过探索学习环境而提高定位精度。缺点是对传感地图精度的严格要求和要求有足够多的、静态的、易识别的特征用于匹配。由于这些具有挑战性的要求,使得该项技术当前只限于实验室或相对简单的环境。这里涉及地图建造和地图匹配两个大问题。

最近开发了一种基于自然路标导航的技术,用于在动态环境中进行位置学习和位置识别。 在导航与定位方面,两个重要的发展方向值得注意:一个是关于如何构造高完整性的导航系统;另一个是关于主动环境问题,也称之为机器人与环境交互融合问题,机器人通过与环境中存在的主动装置(相当于人类社会中的其他人,通过自己的询问和他人的帮助,进行导航和定位) 的交互,完成导航和定位任务。

声音:当物体不在视野之内或光线很暗时,基于视觉的导航和定位将失效。在这些情况下,对于动物和人来说,声音是最有用的信息,同样,对于移动机器人,声音定位能力也尤其重要。虽然,声音的空间分辨率与视觉相比,还是比较低的,但是,听觉还是有很多优点:无方向性,时间分辨率高,能在黑暗中工作,要求的计算量小,不可隔断性。对利用声音进行定位,提出了各种方法,如束状方法;MUSIC方法;最大似然方法;空间-时间梯度方法;基于人的听觉系统的优先效果模型方法。尤其是后一种方法,在有混响的环境中,具有高时间分辨率、计算量小和定位准确的优点。

气味:气味的感知比视觉和听觉更重要,尤其是对于夜间活动的动物。动物更多地利用气味来搜索事物和躲避敌人,但目前缺乏这方面的研究工作。而对于这方面的研究,对利用移动机器人跟踪空气污染源或找出不合格药品等是有益的。W. K. Leow对此进行了研究, 提出了四种能够搜索事物、协商障碍物和躲避危险的神经网络， 但重点放在静态环境的条件下。Preiss 和Kramer ,Belanger 和Willis , Willis 和Arbas 的工作重点放在对昆虫利用气味导航的飞行路径进行建模[3]。

1.2 嵌入式系统概述

随着电子技术的快速发展, 特别是大规模集成电路的产生而出现的微型机, 使现代科学研究得到了质的飞跃, 而嵌入式微控制器技术的出现则是给现代工业控制领域带来了一次新的技术革命。由嵌入式微控制器组成的系统, 最明显的优势就是可以嵌入到任何微型或小型仪器、设备中，

随着机器人在非结构化环境中使用的越来越来频繁,机器人所承担的任务与日俱增。8位的微处理器比如MCS-51已经不能满足任务需要。32位的处理器已经成为机器人首选的控制核心。本文提出了一种用于移动机器人的控制方案。这个方案采用红外线和超声波传感器进行定位和避障,使用直流电机实现机器人移动,使用带有嵌入

而这正是移动机器人所需要。 嵌入式系统被定义为: 以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统, 对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统[4]。嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统, 自底向上包含有3 个部分, 如图1 所示

(1) 硬件环境 是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台, 不同的应用通常有不同的硬件环境。硬件平台的多样性是嵌入式系统的一个主要特点。

(2) 嵌入式操作系统 完成嵌入式应用的任务调度和控制等核心功能。具有内核比较精简、可配置、与高层应用紧密关联等特点。嵌入式操作系统具有相对不变性。

(3) 嵌入式应用程序 运行于操作系统之上, 利用操作系统提供的机制完成特定功能的嵌入式应用。不同的系统需要设计不同的嵌入式应用程序。

如何简洁有效地使嵌入式系统能够应用于各种不同的应用环境, 是嵌入式系统发展中所必须解决的关键问题。经过不断的发展, 原先嵌入式系统的3 层结构逐步演化成为一种4 层结构。如图2 所示, 这个新增加的中间层次叫硬件抽象层, 有时也叫做板级支持包,是一个介于硬件与软件之间的中间层次，从软件层上看也叫设备驱动程序。硬件抽象层通过特定的上层接口与操作系统进行交互, 向操作系统提供底层的硬件信息, 并根据操作系统的要求完成对硬件的直接操作。

硬件抽象层的引入大大推动了嵌入式操作系统的通用化。

应用程序与操作系统的接口 操作系统与硬件抽象层的接口

随着机器人在非结构化环境中使用的越来越来频繁,机器人所承担的任务与日俱增。8位的微处理器比如MCS-51已经不能满足任务需要。32位的处理器已经成为机器人首选的控制核心。本文提出了一种用于移动机器人的控制方案。这个方案采用红外线和超声波传感器进行定位和避障,使用直流电机实现机器人移动,使用带有嵌入

1.2.1 ARM处理器 在硬件平台上，随着嵌入式设备功能的多样化、复杂化，低档8位、16位微处理器已经不能很好的跟上整体步伐，嵌入式系统继而转向32位、64位微处理器。目前，在嵌入式系统里基于ARM核的嵌入式处理器已经成为市场主流。ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用占据了32位RISC微处理器约75％以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面[4]。

到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域：

1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，A …… 此处隐藏：2996字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……