1、<p>　　《基于ARM嵌入式系統(tǒng)的人機(jī)器人控制器的設(shè)計(jì)》</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　系 別： 計(jì)算機(jī)與電子信息工程系 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　?。ㄕn程設(shè)計(jì)時(shí)間：2013年5月15日——2013年6月25日）</p><p>　　AR

3、M嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　1.引言5</b></p><p>　　2.課程設(shè)計(jì)目的7</p><p>　　3.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求7</p><p>　　4課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容9</p><p>　　4.1擬人機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)9</p><

4、p>　　4.2擬人機(jī)器人控制器軟硬件設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.3擬人機(jī)器人步行控制方案11</p><p><b>　　6 參考文獻(xiàn)15</b></p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可

5、裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。北京航空航天大學(xué)何利民教授給出這樣的定義：“嵌入式系統(tǒng)是嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?！笨梢赃@樣認(rèn)為，嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分。嵌入式系統(tǒng)一般有嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用程序4個(gè)部分組成?！扒度胄浴薄ⅰ皩Ｓ眯浴焙汀坝?jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素，對(duì)象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。嵌

6、入式系統(tǒng)無處不在，在移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)、MP4、數(shù)字電視機(jī)頂盒、微波爐等設(shè)備中都使用了嵌入式系統(tǒng)。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)嵌入式的核心，可以分為硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層。</p><p>　　擬人機(jī)器人是機(jī)器人研究的一個(gè)重要分支, 是由仿生學(xué)、機(jī)械工程學(xué)和控制理論等多種學(xué)科相互融合而形成的一門綜合學(xué)科。研究人員除了通過軟件進(jìn)行仿真, 還制作了各種類型的機(jī)器人實(shí)體。比較著名的國(guó)外有本田公司的Asimo、

7、sony 公司的Qrio、開放機(jī)器人項(xiàng)目OpenPINO 等, 國(guó)內(nèi)有北京理工大學(xué)牽頭研制的“匯童”擬人機(jī)器人、哈工大的“H IT ”足球機(jī)器人、清華大學(xué)的THB IP2I 等。不過這些機(jī)器人體積龐大, 成本高昂。目前也開發(fā)了很多簡(jiǎn)易的小型機(jī)器人 , 但其中大部分采用簡(jiǎn)單的單片機(jī)進(jìn)行控制, 可實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作和功能非常有限, 或者需要連接上位機(jī)來對(duì)它進(jìn)行控制, 自主性不足。</p><p>　　基于現(xiàn)有的條件, 綜合考

8、慮系統(tǒng)的性能和成本,研制了一種基于ARM 9 處理器, 采用嵌入式Linux 的小型擬人機(jī)器人, 可以實(shí)行靜步行走, 同時(shí)可擴(kuò)展視覺、無線網(wǎng)絡(luò)和音頻輸入輸出功能, 是一種可完全獨(dú)立自主化的擬人機(jī)器人, 為相關(guān)學(xué)科的研究提供了一個(gè)驗(yàn)證平臺(tái), 還可以作為大學(xué)和中專院校機(jī)電專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)、計(jì)算機(jī)專業(yè)、儀表與檢測(cè)專業(yè)的試驗(yàn)平臺(tái), 進(jìn)一步完善后, 也是機(jī)器人舞蹈和機(jī)器人足球等項(xiàng)目的良好載體. 機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，它的研究

9、開始于20世紀(jì)中期。第一代遙控機(jī)械手1948年誕生于美國(guó)原子能委員會(huì)的阿爾貢研究所，當(dāng)時(shí)用來對(duì)放射性材料進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作，以保護(hù)原子能工作者免受放射線照射。第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生于1956年，是英格爾博格(Engelberger)將數(shù)字控制技術(shù)與機(jī)械臂結(jié)合的產(chǎn)物。當(dāng)時(shí)主要是為了克服串聯(lián)機(jī)構(gòu)累積的系統(tǒng)誤差，以便達(dá)到較高的空間定位精度，提出了示教再現(xiàn)的編程方式，從而使重復(fù)定位精度差不多比絕對(duì)定位精度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。1968年，日本川崎重工引進(jìn)

10、美國(guó)IMATION公司的UNIMATE機(jī)器人制造技術(shù)，開始了日本機(jī)器人時(shí)代。1970年，在美國(guó)召</p><p>　　自50年代第一臺(tái)機(jī)器人裝置在美國(guó)誕生以來，機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)從低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過程。</p><p>　　第一代機(jī)器人是示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，它們裝有記憶存儲(chǔ)器，由人將作業(yè)的各種要求示范給機(jī)器人，使之記住操作的程序和要領(lǐng)。當(dāng)它接到再現(xiàn)命令時(shí)，則自主地模仿示范的動(dòng)作作業(yè)。

11、</p><p>　　第二代機(jī)器人是裝有小型計(jì)算機(jī)和傳感器的離散編程的工業(yè)機(jī)器人，它能感知外界信息并進(jìn)行“思維”，它比第一代機(jī)器人更靈活、更能適應(yīng)環(huán)境變化的需求。</p><p>　　第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，它不但有第二代機(jī)器人的感覺功能和簡(jiǎn)單的自適應(yīng)能力，而且能充分識(shí)別工作對(duì)象和工作環(huán)境，并能根據(jù)人給的指令和它自身的判斷結(jié)果自動(dòng)確定與之相適應(yīng)的動(dòng)作，是人工智能發(fā)展到高級(jí)階段的產(chǎn)物，也是

12、當(dāng)今機(jī)器人發(fā)展的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。</p><p>　　隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的用途越來越廣，開始從傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域，向軍事、公安、醫(yī)療、服務(wù)等領(lǐng)域滲透。與此同時(shí)，機(jī)器人的概念也越來越寬，己從狹義的機(jī)器人，開始向機(jī)器人技術(shù)擴(kuò)展。世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家，都非常重視機(jī)器人技術(shù)的研究，都將機(jī)器人作為一個(gè)戰(zhàn)略高技術(shù)給予支持。這是因?yàn)闄C(jī)器人不僅將形成一個(gè)大產(chǎn)業(yè)，而且將對(duì)國(guó)家的綜合國(guó)力，對(duì)國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展有著巨大而深遠(yuǎn)的影響。&l

13、t;/p><p><b>　　2.課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　提出在擬人機(jī)器人控制器的設(shè)計(jì)中使用ARM9處理器S3C2410和RT2Linux構(gòu)建小型擬人機(jī)器人控制器的系統(tǒng)架構(gòu)。</p><p>　　以硬件和軟件上實(shí)現(xiàn)以擬人機(jī)器人的行走的總體方案的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求</

14、p><p>　　S3C2410處理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，采用FBGA封裝，采用0.18um制造工藝的32位微控制器。該處理器擁有：獨(dú)立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，4路帶PWM的Timer ，I/O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，IIC-BUS 接口，

15、IIS-BUS 接口，2個(gè)USB主機(jī)，1個(gè)USB設(shè)備，SD主機(jī)和MMC接口，2路SPI。S3C2410處理器最高可運(yùn)行在203MHz。</p><p><b>　　需要硬件的數(shù)量。</b></p><p>　　在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不僅要選擇使用何種微處理器，還要選擇存儲(chǔ)器的數(shù)量、所使用的外設(shè)及其它的內(nèi)容。因?yàn)樵跐M足性能要求的同時(shí)也要考慮制造費(fèi)用的約束，硬件設(shè)備的選擇是十分重

16、要的，硬件太少，將不能達(dá)到性能的要求，硬件設(shè)備過多又會(huì)使產(chǎn)品變得過于昂貴。</p><p><b>　　時(shí)限要求。</b></p><p>　　通過提高CPU的時(shí)鐘頻率的方法來提高程序運(yùn)行速度以解決時(shí)間約束的方法顯得十分笨拙，因?yàn)槌绦虻乃俣扔锌赡苁艽鎯?chǔ)系統(tǒng)的限制，因此必須從整個(gè)系統(tǒng)的觀點(diǎn)來考慮這個(gè)問題</p><p><b>　　系統(tǒng)

17、的功耗。</b></p><p>　　對(duì)于電池供電的電器而言，功耗是一個(gè)十分重要的問題;對(duì)于非電池供電的電器而言，高功耗也會(huì)帶來高的散熱量。降低系統(tǒng)功耗的一種方法就是降低它的運(yùn)算速度，但是單純的降低運(yùn)算速度顯然會(huì)導(dǎo)致不能滿足性能需求。所以必須從全局的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便通過降低系統(tǒng)非關(guān)鍵部分的速度來降低系統(tǒng)功耗，而同時(shí)又能滿足系統(tǒng)整體性能的要求。</p><p><b>

18、;　　系統(tǒng)的可升級(jí)性。</b></p><p>　　系統(tǒng)的硬件平臺(tái)可能使用幾代，或者使用在同一代的不同級(jí)別的產(chǎn)品中，而這些僅僅需要一些簡(jiǎn)單的改變就應(yīng)實(shí)現(xiàn)，所以我們必須能夠通過改變軟件來改變系統(tǒng)的特性。這就要求我們?cè)谲浖O(shè)計(jì)中必須考慮系統(tǒng)的升級(jí)問題。進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩種最基本的方法。一種是自頂向下的方法，從對(duì)系統(tǒng)最抽象的描述開始，一步一步地推進(jìn)到細(xì)節(jié)內(nèi)容。另外一種方法是自底向上的方法，這種方法從構(gòu)成

19、系統(tǒng)的每一個(gè)構(gòu)件開始向上。圖1.1匯總了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟。從自頂向下的角度來看，先從系統(tǒng)的需求開始分析，然后是規(guī)格說明，在這一步對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行更加細(xì)致的描述，但是規(guī)格說明只是對(duì)系統(tǒng)如何工作進(jìn)行了描述，并不涉及它的組成。系統(tǒng)內(nèi)部的詳細(xì)構(gòu)造要在開發(fā)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)時(shí)才能展現(xiàn)出來，這一階段以大的構(gòu)件為單位給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。一旦知道了需要的構(gòu)件，就可以開始設(shè)計(jì)這些構(gòu)件，包括軟件模塊和所需要的專用硬件模塊。在這些構(gòu)件的基礎(chǔ)上，就可以構(gòu)造出所

20、需要的完整的系統(tǒng)。上述設(shè)計(jì)過程中的這些步驟只是嵌入式系統(tǒng)的全貌的一個(gè)軸線，同時(shí)還需要考慮其它一些相關(guān)因素。</p><p>　　圖1.1設(shè)計(jì)過程的主要抽象層次</p><p>　　具體的說，第一步“需求”就是要清楚要設(shè)計(jì)什么，從用戶那里收集系統(tǒng)的非形式描述，然后對(duì)這些要求進(jìn)行提煉，以得到系統(tǒng)的規(guī)格說明。第二步“規(guī)格說明”更精確一些，它起到客戶和生產(chǎn)者之間合同的作用。第三步“體系結(jié)構(gòu)，’是系

21、統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的一個(gè)計(jì)劃，而后用于設(shè)計(jì)搭建整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)建也是許多設(shè)計(jì)者認(rèn)為的設(shè)計(jì)的第一階段，形象化的話就是把系統(tǒng)用功能框圖來表示，然后可以再細(xì)分成硬件框圖和軟件框圖。第四步“軟硬件構(gòu)件，使得構(gòu)件與體系結(jié)構(gòu)和規(guī)格說明達(dá)到一致，一些構(gòu)件可能是現(xiàn)成的，比如CPU、存儲(chǔ)芯片或者各種模塊等，同樣軟件也有標(biāo)準(zhǔn)的模塊可以利用，比如現(xiàn)有的操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議等，但也要自己設(shè)計(jì)一些構(gòu)件，硬件方面如一些電路等，軟件方面如定制一些文件系

22、統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以滿足特別的要求。第五步“系統(tǒng)集成，，是將構(gòu)件集成到一個(gè)能運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。</p><p>　　6)在實(shí)驗(yàn)完成的基礎(chǔ)上完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫，按照模板的格式書寫，要求有軟件流程圖和調(diào)試過程。</p><p><b>　　4課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容</b></p><p>　　4.1擬人機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)</p><p>　

23、　擬人機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　在機(jī)械結(jié)構(gòu)和自由度分配上, 設(shè)計(jì)的擬人機(jī)器人采用雙軸輸出伺服電機(jī)(也稱為“舵機(jī)”)為活動(dòng)關(guān)節(jié), 其中2 條下肢各6 個(gè)關(guān)節(jié), 2 條上肢各4個(gè)關(guān)節(jié), 頭部1 個(gè)關(guān)節(jié), 共需使用21 個(gè)舵機(jī)。</p><p>　　舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器, 適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。其工作原理是: 控制信號(hào)進(jìn)入舵機(jī)內(nèi)部的信號(hào)調(diào)制芯片, 獲

24、得直流偏置電壓; 內(nèi)部還有一個(gè)基準(zhǔn)電路, 產(chǎn)生周期為20m s、寬度為1. 5m s 的基準(zhǔn)信號(hào), 將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較, 獲得電壓差輸出;最后, 電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí), 通過級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn), 使得電壓差為0, 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)的控制信號(hào)是脈寬調(diào)制(PWM ) 信號(hào), 利用占空比的變化改變舵機(jī)的位置, 通?？刂浦芷赥 = 20m s,高電平脈寬0. 5～ 2.

25、5m s, 對(duì)應(yīng)于- 90°～ + 90°的轉(zhuǎn)角。</p><p>　　4.2擬人機(jī)器人控制器軟硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　控制器平臺(tái)的處理器選用了三星公司基于ARM 9 內(nèi)核的S3C2410 嵌入式處理器。S3C2410 被廣泛應(yīng)用于PDA、移動(dòng)通訊、路由器、工業(yè)控制等領(lǐng)域,

26、 芯片中集成了下列模塊: 16kB 指令Cache、16kB 數(shù)據(jù)Cache、MMU、外部存儲(chǔ)器控制器、LCD控制器、NAND F lash 控制器、4個(gè)DMA 通道、3通道UART、1 個(gè)I2C 總線控制器、1 個(gè)IIS 總線控制器, 以及4 通道PWM 定時(shí)器和一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器、通用IöO 口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、8 通道10 b it AD 和觸摸屏接口、U SB Ho st 和U SB Device 控制器、SDöMMC

27、卡接口等。</p><p>　　從可調(diào)試、可重用、可擴(kuò)展等方面考慮 , 整個(gè)控制系統(tǒng)硬件采用模塊化設(shè)計(jì), 由核心板和擴(kuò)展板2部分構(gòu)成, 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。</p><p>　　圖1 擬人機(jī)器人控制平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　核心板使用了SO2D IMM 的接口方式, 6 層板設(shè)計(jì), 長(zhǎng)寬分別為76mm和52mm , 實(shí)物照片如圖2 所示。核心板提供了一個(gè)最

28、小系統(tǒng), 包括了S3C2410 嵌入式處理器、2 片HY57V 561620 并聯(lián)構(gòu)成32 b it 的64MB SDRAM 內(nèi)存空間, 一片K9F1208U 0 構(gòu)成64MB 的NANDF lash 空間。擴(kuò)展板上設(shè)計(jì)了電源模塊、2 個(gè)U SBHO ST 接口、1 個(gè)串口、音頻輸入輸出模塊和舵機(jī)接口模塊。設(shè)計(jì)電源模塊時(shí), 為了防止舵機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾, 分別對(duì)舵機(jī)和控制系統(tǒng)供電, 二者不共地, 通過光藕來隔離。USB 接口用來連接攝

29、像頭、USB無線網(wǎng)卡、U盤等設(shè)備，串口用來輸出調(diào)試信息。音頻輸入輸出模塊則用來和外界做語(yǔ)音交流。舵機(jī)接口模塊主要由電平驅(qū)動(dòng)芯片、光耦、斯密特反相器構(gòu)成。電平驅(qū)動(dòng)芯片用來提高驅(qū)動(dòng)能力，光耦用來傳輸控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)經(jīng)過光耦后會(huì)反相和畸變，需要反相器對(duì)它經(jīng)行反相和整形后再輸出給舵機(jī)?？紤]到機(jī)器人的移動(dòng)性，沒有加入以太網(wǎng)模塊。核心板上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序下載通過專門的調(diào)試接口板完成，然后再安裝到擴(kuò)展板上，機(jī)器人運(yùn)行過程中的軟件實(shí)</p&

30、gt;<p><b>　　圖2實(shí)物圖</b></p><p>　　擬人機(jī)器人控制器軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　擬人機(jī)器人的軟件系統(tǒng)除了要協(xié)調(diào)控制各個(gè)關(guān)節(jié), 還需要進(jìn)行視覺圖像處理、語(yǔ)音識(shí)別、數(shù)據(jù)傳輸?shù)? 作者選用了RT 2Linux 操作系統(tǒng)[ 6 ]。普通的Linux是一個(gè)典型的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng), 因?yàn)榉謺r(shí)調(diào)度機(jī)制和核心的不可搶占性, 其實(shí)時(shí)性有所

31、欠缺。但由于Linux 具備開放源代碼的優(yōu)勢(shì), 目前已經(jīng)出現(xiàn)了不少實(shí)時(shí)Linux 操作系統(tǒng), 如RT 2Linux、RTA I、LXRT 和KU RT 等。使用RT2Linux 系統(tǒng)可以保證機(jī)器人控制的實(shí)時(shí)性。</p><p>　　4.3擬人機(jī)器人步行控制方案</p><p>　　機(jī)器人學(xué)專家、日本早稻田大學(xué)的加藤一郎教授說過: “機(jī)器人應(yīng)當(dāng)具有的最大特征之一是步行功能”。步行分為“靜態(tài)步

32、行”和“動(dòng)態(tài)步行”2 種。靜步行是重心移動(dòng)少、速度慢的步行方式, 動(dòng)步行則是自身破壞平衡、向前傾斜似的行走[ 7 ]。限于機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì), 我們只實(shí)現(xiàn)了擬人機(jī)器人的靜態(tài)步行。</p><p>　　S3C2410 處理器有5 個(gè)16 b it 定時(shí)器, 其中定時(shí)器0，1，2，3具有PWM 脈沖輸出功能。PWM 波形的周期, 也是定時(shí)器的計(jì)時(shí)周期, 可以由寄存器TCNTBn 來設(shè)置, 占空比由寄存器TCMPBn 來

33、設(shè)置(n= 0, 1, 2, 3)。在每次PWM 周期結(jié)束時(shí), 對(duì)應(yīng)的定時(shí)器都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷。假如使用定時(shí)器直接輸出PWM 信號(hào)來控制舵機(jī), 由于每個(gè)定時(shí)器輸出PWM 信號(hào)的引腳都是固定的, 因此只能是一個(gè)定時(shí)器控制一個(gè)舵機(jī), 這顯然無法滿足我們的要求。經(jīng)過分析, 作者考慮使用定時(shí)器的中斷在多個(gè)I／O 引腳上模擬輸出PWM 控制信號(hào), 這樣就能實(shí)現(xiàn)用一個(gè)定時(shí)器控制多個(gè)舵機(jī)。在這個(gè)過程中, 定時(shí)器狀態(tài)和I／O 引腳電平的變化關(guān)系可以使用P

34、et ri 網(wǎng)進(jìn)行建模。</p><p>　　圖3　舵機(jī)PWM 控制Petri 網(wǎng)模型</p><p>　　圖中P1、P2 分別表示IöO 引腳輸出高電平和低電平的狀態(tài), P3—P7 分別表示定時(shí)器的各個(gè)工作狀態(tài)。舵機(jī)的PWM 控制脈沖周期為20m s, 假定使用定時(shí)器1 來控制8個(gè)舵機(jī), 這8 個(gè)舵機(jī)分別連接到S3C2410 的8 個(gè)I／O 引腳1—8, 在某段時(shí)間內(nèi)這8 個(gè)舵

35、機(jī)的PWM 控制信號(hào)中高電平所占的時(shí)間分別為T 1—T 8。首先I／O 1—8 引腳上都輸出低電平, 然后在I／O 1 引腳上輸出高電平, 同時(shí)將定時(shí)器1 計(jì)時(shí)周期設(shè)置為T 1 并啟動(dòng)定時(shí)器; 定時(shí)器在經(jīng)過時(shí)間T 1 后產(chǎn)生中斷, 在中斷服務(wù)程序中將I／O 1 引腳輸出電平改為低電平, 計(jì)時(shí)器1 計(jì)時(shí)周期改為2. 5m s2T 1, 重新啟動(dòng)定時(shí)器; 經(jīng)過2. 5m s2T 1 后產(chǎn)生中斷, 在中斷服務(wù)程序中將I／O 2 輸出電平改為高

36、電平, 將定時(shí)器1 計(jì)時(shí)周期改為T 2, 重新啟動(dòng)定時(shí)器; 經(jīng)T 2 后定時(shí)器產(chǎn)生中斷, 在中斷服務(wù)程序中將I／O 2 引腳輸出電平改為低電平, 將定時(shí)器1 計(jì)時(shí)周期設(shè)置為2. 5m s2T 2。這樣依次進(jìn)行操作, 就能在8 個(gè)IöO 引腳上模擬出8 路符合要求的舵機(jī)控制PWM 信號(hào),</p><p>　　圖4 多路舵機(jī)PWM控制信號(hào)示意圖</p><p>　　根據(jù)上面方案對(duì)S3

37、C2410 的定時(shí)器0、1 編寫了Linux 系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)程序[ 8 ] , 由這2 個(gè)定時(shí)器來控制雙足機(jī)器人的下肢動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)程序由以下函數(shù)組成:</p><p>　　1) 在timer- in it 函數(shù)中, 注冊(cè)定時(shí)器設(shè)備。</p><p>　　2) 在timer- open 函數(shù)中, 設(shè)置了I／O 引腳功能, 注冊(cè)定時(shí)器中斷, 設(shè)置定時(shí)器的工作模式和輸入時(shí)鐘頻率。</p>

38、<p>　　3) 在timer- write 函數(shù)中, 由外部讀入關(guān)節(jié)的控制信息, 打開定時(shí)器中斷, 并啟動(dòng)定時(shí)器。</p><p>　　4) 在timer- handler 函數(shù)中, 改變對(duì)應(yīng)的I／O 輸出引腳的電平, 并重新設(shè)置定時(shí)器, 開始下一個(gè)定時(shí)器周期。</p><p>　　中斷服務(wù)程序流程如圖5 所示。</p><p>　　圖5 多路舵機(jī)

39、控制信號(hào)模擬程序流程圖</p><p>　　此次設(shè)計(jì)，本文實(shí)現(xiàn)了一種基于ARM 嵌入式系統(tǒng)的擬人機(jī)器人控制器的設(shè)計(jì), 相比單片機(jī)控制, 封裝了底層的硬件驅(qū)動(dòng), 模塊化和易用性更好, 功能擴(kuò)展更方便。相比上位機(jī)控制, 系統(tǒng)的獨(dú)立性和自主性得到加強(qiáng)。這種方案在成本和性能上做到了較好的折衷, 改善了開發(fā)過程, 同時(shí)也為其他類型機(jī)器人如輪式機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)參考。嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的軟硬件技術(shù)發(fā)展迅猛, 各種應(yīng)用層出不窮

40、。將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)器人的設(shè)計(jì)中, 有助于提高機(jī)器人的性能, 也會(huì)對(duì)機(jī)器人的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、小型化起到良好的促進(jìn)作用。另外在設(shè)計(jì)中讓我對(duì)嵌入式系統(tǒng)有了更充分的理解。對(duì)它的設(shè)計(jì)有了實(shí)踐的機(jī)會(huì)。感謝老師和同學(xué)的幫助。通過本次課程設(shè)計(jì)，了解了嵌入式linux系統(tǒng)以及它的一些應(yīng)用，還清楚了視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的一些設(shè)計(jì)方案和基本原理。在課程設(shè)計(jì)過程中，通過網(wǎng)絡(luò)和圖書館找到了一些相關(guān)的資料，認(rèn)真學(xué)習(xí)和理解后結(jié)合以前學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)找出了最佳方案。在學(xué)習(xí)理

41、解過程中，由于知識(shí)面有限難免遇到很多困難，在老師和同學(xué)的幫助下很多問題都得到了解決，使我更加認(rèn)識(shí)到合作的重要性。在以后的學(xué)習(xí)中一定注意開闊自己的思維，在基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)上有所創(chuàng)新。 </p><p>　　對(duì)于舵機(jī)的控制, 主要的可變參數(shù)就是PWM信號(hào)中高電平持續(xù)時(shí)間。系統(tǒng)可以事先設(shè)置一些行走動(dòng)作對(duì)應(yīng)的參數(shù)數(shù)組, 也可以由應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)生成這些參數(shù)數(shù)組, 然后在調(diào)用定時(shí)器設(shè)備的時(shí)候, 將參數(shù)數(shù)組傳遞給定時(shí)器驅(qū)動(dòng)

42、程序。 一般的舵機(jī)需要CPU 持續(xù)為它發(fā)出PWM 控制信號(hào), 因此會(huì)占用大量CPU 資源, 影響系統(tǒng)的整體性能。</p><p>　　我們選用具有電子鎖位功能的舵機(jī)。這種舵機(jī)在收到一組PWM 控制信號(hào)后會(huì)自動(dòng)執(zhí)行至目標(biāo)位置, 此時(shí)如果CPU 停止為它發(fā)送控制信號(hào), 舵機(jī)會(huì)保持該位置。這樣就大大減少了CPU 中斷發(fā)生的次數(shù), 提高了系統(tǒng)的性能。如果使用硬件如CPLD實(shí)現(xiàn)舵機(jī)控制信號(hào)的產(chǎn)生, CPU 只需

43、要將舵機(jī)控制參數(shù)發(fā)送給該硬件即可, 同樣也可減輕CPU 負(fù)擔(dān)。</p><p><b>　　5調(diào)試過程及總結(jié)</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)，本文實(shí)現(xiàn)了一種基于ARM 嵌入式系統(tǒng)的擬人機(jī)器人控制器的設(shè)計(jì), 相比單片機(jī)控制, 封裝了底層的硬件驅(qū)動(dòng), 模塊化和易用性更好, 功能擴(kuò)展更方便。相比上位機(jī)控制, 系統(tǒng)的獨(dú)立性和自主性得到加強(qiáng)。這種方案在成本和性能上做到了較

44、好的折衷, 改善了開發(fā)過程, 同時(shí)也為其他類型機(jī)器人如輪式機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)參考。嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的軟硬件技術(shù)發(fā)展迅猛, 各種應(yīng)用層出不窮。將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)器人的設(shè)計(jì)中, 有助于提高機(jī)器人的性能, 也會(huì)對(duì)機(jī)器人的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、小型化起到良好的促進(jìn)作用。另外在設(shè)計(jì)中讓我對(duì)嵌入式系統(tǒng)有了更充分的理解。對(duì)它的設(shè)計(jì)有了實(shí)踐的機(jī)會(huì)。感謝老師和同學(xué)的幫助。通過本次課程設(shè)計(jì)，了解了嵌入式linux系統(tǒng)以及它的一些應(yīng)用，還清楚了視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的一

45、些設(shè)計(jì)方案和基本原理。在課程設(shè)計(jì)過程中，通過網(wǎng)絡(luò)和圖書館找到了一些相關(guān)的資料，認(rèn)真學(xué)習(xí)和理解后結(jié)合以前學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)找出了最佳方案。在學(xué)習(xí)理解過程中，由于知識(shí)面有限難免遇到很多困難，在老師和同學(xué)的幫助下很多問題都得到了解決，使我更加認(rèn)識(shí)到合作的重要性。在以后的學(xué)習(xí)中一定注意開闊自己的思維，在基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)上有所創(chuàng)新。</p><p><b>　　6 參考文獻(xiàn)</b></p>&

46、lt;p>　　[ 1 ] 袁志勇，王景存，嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 </p><p>　　[ 2 ] 劉莉, 汪勁松, 陳懇, 等. THB IP2I 擬人機(jī)器人研究進(jìn)展</p><p>　　[J ]. 機(jī)器人, 2002, 24 (3) : 262 - 267.</p><p>　　LIU Li, WANG Jinsong, CHEN Ken, et al. T

47、he research on the biped humanoid robot THB IP2I [J ]. Robot, 2002,</p><p>　　24 (3) : 262 - 267. ( in Chinese)</p><p>　　[ 3 ] 鄭嫦娥, 錢樺. 仿人機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)[J ]. 機(jī)床與液壓, 2006 (3) : 1 - 4.ZHENG Chang’e, Q

48、IAN Hua. The domestic and international research situation of humano id robot [J ].Machine Tool & H y draulics, 2006 (3) : 1 - 4. ( in Chinese)</p><p>　　[ 4 ] ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程 黃智偉 鄧月明 王彥編著 北京航空航天大學(xué)出版社&l