基于ARM的嵌入式服务机器人控制器的研究

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                    　1 引言
　　随着人口老龄化进程的加快，更多老年人，尤其是地震和疾病致残的残疾人，都需要照顾。基于此，这里提出一种基于ARM的嵌入式服务机器人控制系统设计。该服务机器人的控制系统是机器人的神经中枢，因而其设计是机器人研究的核心。该控制系统通常以MCU、 DSP等为核心，采用上、下位机二级分布式结构。其中上位机一般为PC机，下位机为单片机或DSP等微控制器。但随着移动机器人的智能化，控制方法的发展，所需计算量增大，一般的单片机等处理器很难完成控制要求。而基于ARM的嵌入式服务机器人的控制器采用分层与模块化结构，充分体现可扩展性、可移植性的设计原则．同时具有低成本、低功耗、体积小巧、可靠性高、智能化高以及通用性等特点。
　　2 系统整体结构设计
　　图1为嵌入式控制系统的软硬件层次结构。






　　嵌入式处理器是整个硬件系统的核心元件，其性能好坏直接决定整个系统的运行效果，所提供功能的强弱直接决定嵌入式应用的适应范围和开发复杂度。嵌入式处理器一般具备以下特点：支持实时多任务操作系统；具有强存储区保护功能；处理器结构可扩展；功耗低。图3为基于ARM9的嵌入式系统的服务机器从主控制器模块结构。






　　4 系统软件设计
　　软件设计的基本原则是：软件结构化、驱动标准化、系统可定制。服务机器人的控制器关键要保证系统的实时性。采用μC／OS-II实时操作系统，其具有结构简单、容易移植、源代码公开等优点。使用μC／OS-II实时操作系统开发服务机器人控制软件就是将整个控制软件的功能划分为若干任务，分别加以实现，并以任务问通信方式实现各个任务间的逻辑关系。整个软件控制体系结构如图5所示。






　　5 实验研究
　　在搭建机器人软硬件平台及编写与硬件相关的底层函数后，在该实时内核上编写接口驱动程序及机器人应用程序。通过软硬件整体测试后，将该机器人控制器安装在智能轮椅上进行实验。在实验过程中。智能轮椅移动稳定，转向灵活，变速平稳；能及时识别并躲避障碍物；机器人视频传输画面流畅；语音人机交互功能，由麦克风将声音传给语音处理器，通过硬件处理识别语音信号，然后再经南喇叭播放机器人的对答声音。实现人机对话。同时该服务机器人控制系统结构简单，电路体积小，有利于安装与维护。
　　6 结束语
　　服务机器人控制系统是机器人的神经中枢，决定着机器人能否按照用户要求顺利地完成相应工作任务。基于 ARM和嵌入式μC／OS-Ⅱ的服务机器人控制系统可广泛应用于服务型机器人。这必将开发出低成本、低功耗、体积小巧、实时性强、可靠性高、接口丰富、维护方便、智能化程度高的机器人，也将促进机器人运用的普及和推广，从而推进我国机器人行业向产业化方向发展。