基于S3C44B0X的移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用研究

移動(dòng)機(jī)器人利用導(dǎo)航技術(shù)，獲得機(jī)器人的目前所處的位置，結(jié)合傳感器技術(shù)對周圍外界環(huán)境（障礙物等）作實(shí)時(shí)探測，并根據(jù)環(huán)境提供的信息規(guī)劃一條可行路徑完成達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的任務(wù)。移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)涉及到傳感器技術(shù)，導(dǎo)航技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，人工智能等多個(gè)領(lǐng)域，因而對移動(dòng)機(jī)器人的控制部分提出很高的要求，特別是視覺傳感器的出現(xiàn)，要求控制系統(tǒng)不僅存儲量大，而且處理速度快等。以往基于PLC和單片機(jī)控制的移動(dòng)機(jī)器人就不能很好的滿足實(shí)時(shí)性快速性的特點(diǎn)。

隨著ARM處理器的出現(xiàn)和發(fā)展以及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)時(shí)性快速性要求便能得到很好滿足，現(xiàn)在該技術(shù)已經(jīng)在多種領(lǐng)域得到有效的應(yīng)用。本文是以SAMSUNG公司一款基于ARM7TDMI核的低功耗高性能的32位處理器芯片S3C44B0X為控制核心，以凌陽16位單片機(jī)SPCE061A為輔助處理器來處理傳感器探測的障礙物信息，并運(yùn)用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)µC/OS-II管理移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航算法的實(shí)現(xiàn)和多任務(wù)的執(zhí)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)避障和導(dǎo)航功能并能順利達(dá)到目的地。

2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要完成對外界障礙物的探測與信息的傳輸，機(jī)器人當(dāng)前位置的獲取，路徑規(guī)劃，和運(yùn)行控制等功能。對系統(tǒng)進(jìn)行功能模塊化劃分，本系統(tǒng)可劃分以下五大模塊：環(huán)境探測模塊；全局定位模塊；程序下載模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電源管理模塊。各個(gè)模塊之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)圖

2.1 環(huán)境探測模塊

移動(dòng)機(jī)器人在避障和路徑規(guī)劃過程中，機(jī)器人必須實(shí)時(shí)探測周圍的障礙物的信息，測量障礙物的距離。目前有紅外，超聲波，激光和視覺（CDD）傳感器，激光傳感器受環(huán)境影響大，價(jià)格比較昂貴，視覺傳感器（CCD）要求芯片的存儲容量大且要求處理速度快等特點(diǎn)，不易采用。基于這一點(diǎn)本文在移動(dòng)機(jī)器人的前方，左方，右方各安裝一套紅外傳感器和超聲波傳感器以測量3個(gè)方向的障礙物的距離，多傳感器的使用可以避免了單一傳感器的測量存在的盲區(qū)。

紅外傳感器有發(fā)射器和接受器構(gòu)成，此傳感器的3路發(fā)射端口接凌陽單片機(jī)SPCE061A的3路I/O口，3路接受器的端口接單片機(jī)的另外3路。當(dāng)單片機(jī)I/O輸出為高電平時(shí)，發(fā)射器端口發(fā)射紅外光，光波遇到障礙物反射被接受器，產(chǎn)生光強(qiáng)相對的電流經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)，根據(jù)電壓大小計(jì)算障礙物的距離。超聲波傳感器的工作原理與紅外傳感器基本相同，聲波遇到障礙物返回被接受器接受，根據(jù)時(shí)間差計(jì)算障礙物的距離。

該探測模塊可以測量0～2m距離內(nèi)的障礙物，測量誤差小，采用16位凌陽單片機(jī)SPCE061A對障礙信息進(jìn)行快速處理，一旦探測到障礙物便通過總線接口與S3C44B0X通訊并作數(shù)據(jù)傳輸。