基于ARM的嵌入式系統(tǒng)在機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

本軟件中傳感器數(shù)據(jù)的讀取、校驗(yàn)、提取、處理均按照NMEA0183標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，便于系統(tǒng)升級(jí)。

系統(tǒng)可定制主要是考慮到針對(duì)不同機(jī)器人其上層軟件不盡相同。

4 實(shí)驗(yàn)研究

應(yīng)用于7自由度串聯(lián)機(jī)器人

為了驗(yàn)證該機(jī)器人控制系統(tǒng)的性能，設(shè)計(jì)了場(chǎng)景試驗(yàn)：7自由度串聯(lián)機(jī)器人首先抓取第一工件放在加工臺(tái)上；把其它兩個(gè)工件依次前移；最后把加工完的工件放在最后的位置上，整個(gè)過(guò)程如圖6～圖9所示。

機(jī)器人完成這個(gè)任務(wù)所要經(jīng)過(guò)的過(guò)程：①機(jī)器人抓取第一個(gè)工件，并把它放在加工臺(tái)上，如圖2～圖3所示；②機(jī)器人把第2個(gè)工件移到第一個(gè)位置，準(zhǔn)備進(jìn)行加工，如圖4～圖5所示；③把第三個(gè)工件移到第二個(gè)位置上，圖6～圖7所示；④機(jī)器人抓取加工好的工件，并把它放在第三個(gè)位置上，如圖8～圖9所示。

這樣一個(gè)循環(huán)周期便完成了一個(gè)工件的加工，可使后面的工件依次得到加工。

在該控制系統(tǒng)內(nèi)，上位機(jī)(S3C2410)首次算好1000個(gè)點(diǎn)，通過(guò)RS485總線傳送給每個(gè)下位機(jī)控制器并把這些點(diǎn)存于下位機(jī)FLASH中。每個(gè)下位機(jī)運(yùn)行各自的點(diǎn)，每當(dāng)運(yùn)行的點(diǎn)數(shù)超過(guò)500時(shí)，便向上位機(jī)要500個(gè)數(shù)據(jù)。這樣節(jié)省了上下位機(jī)交互的時(shí)間，改善了串聯(lián)機(jī)器人的同步性，提高了跟蹤精度。另外，由于ARM9的存在，不需要計(jì)算機(jī)的控制。上述7自由度串聯(lián)機(jī)器人的每個(gè)動(dòng)作都是“自主”完成的，即沒(méi)有計(jì)算機(jī)的控制。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，該控制系統(tǒng)穩(wěn)定性好，實(shí)時(shí)性，可以在惡劣的環(huán)境下工作，通用性較強(qiáng)。

5結(jié)論

本文中設(shè)計(jì)的嵌入式機(jī)器人控制系統(tǒng)在七自由度串聯(lián)機(jī)器人上的應(yīng)用取得了一定成效，實(shí)時(shí)性、可靠性、通用性均有良好的表現(xiàn)，其體積小、功耗低，實(shí)際情況比較令人滿意；此控制系統(tǒng)在上位機(jī)（ARM）中寫控制算法，通過(guò)總線方式對(duì)下位機(jī)（DSP）進(jìn)行控制，而不需要計(jì)算機(jī)的控制，可獨(dú)立自主的判斷如何動(dòng)作。目前，該嵌入式控制系統(tǒng)的性能上還存在著諸多不足，主要表現(xiàn)在控制器中的控制算法的設(shè)計(jì)和功能的完善上，這也是今后努力的方向。

本文的創(chuàng)新點(diǎn)是機(jī)器人的自主性質(zhì)，即機(jī)器人有自己的“判斷能力”，不須計(jì)算機(jī)控制。

參考文獻(xiàn)

[1]Richard M.Murray, Li Zexiang, S.Shanker Sastry. A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation[M]. America: CRC Press, 1994.

[2]Weihai Chen, Guilin Yang, Edwin Hui Leong Ho. Interactive-Motion Control of Modular Reconfigurable Manipulators[J]. Proceedings of the 2003 IEEE/RSJIntl. Conference on Intelligent Robots and SystemsLas Vegas, Nevada . October 2003.

[3]L. Romdhance. Design and analysis of a hybrid serial parallel manipulator[J]. Mechanism and Machine Theory.1999,34:1037-1055.

[4]Karim Yaghmour. Building Embedded Linux Systems[M]. America: O'Reilly, 2004.

[5] Michael Barr. Programming Embedded Systems in C and C++[M].America: O'Reilly, 2001.

[6]John Catsoulis. Designing Embedded Hardware[M]. America: O'Reilly,2001.

[7]嚴(yán)麗平,曾輝,宋凱.嵌入式智能家庭網(wǎng)關(guān)的研究與設(shè)計(jì)[J]. 微計(jì)算機(jī)信息. 2005,2: 14~16.

[8] 孫天澤,袁文菊,張海峰. 嵌入式設(shè)計(jì)及LINUX驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)指南——基于ARM 9處理器[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

[9] 陳渝,李明,楊曄. 源碼開(kāi)放的嵌入式系統(tǒng)軟件分析與實(shí)踐——基于SKYEYE和ARM開(kāi)發(fā)平臺(tái)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.

[10] 周立功.ARM微控制器基礎(chǔ)與實(shí)踐[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[11] 李駒光,聶雪媛,江澤明.ARM應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)詳解.[M]北京:清華大學(xué)出版社,2003.

[12] 劉和平,王維俊，江渝.TMS320LF240xDSPC語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2003.

[13] 王松,李新軍,梁建宏.微小型機(jī)器人嵌入式自駕儀設(shè)計(jì)[J]. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào).2005，31(7):775-779.