基于嵌入式Linux的移动机器人控制平台研究

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本文旨在设计一款具有良好可扩展性,具备遥控功能的模块化的教育型移动机器人控制平台,使其既能够满足中小学机器人教育和比赛的需要又能满足大专院校机器人开展机器人研究的需要。本文以ARM9处理器和嵌入式Linux为基础构建了教育机器人控制平台的软硬件系统。论文分析了当前国内外教育机器人的发展研究现状,通过对比总结出了当前主要存在的问题,并据此提出本文设计的教育机器人控制平台的设计要求。依据机器人控制平台的设计要求和控制需求,在分析对比了多种嵌入式处理器的性能特点的基础上,本文提出以ARM9处理器作为机器人控制平台的核心处理器;随后利用模块化设计思想规划了机器人控制平台的总体硬件设计方案,机器人控制平台主要由CPU模块和各种扩展模块组成,其中为了提高机器人的可扩展性,提出以I2C总线作为模块的标准接口,模块接口实现了标准化,使模块具有了可组合性和可互换性的特点。由于Linux系统具有开源免费、可裁剪性强、功能强大等诸多优势,所以本文选用Linux作为嵌入式操作系统。依据层次化软件设计思想,本文将机器人控制平台的软件系统从总体上划分为组织协调层、执行层、驱动层和伺服驱动层等四个层次,各层又细分为许多相对独立的软件模块,提高了整个软件系统的可扩展性和可移植性。在软件系统的详细设计阶段,本文首先论述了嵌入式Linux下的设备驱动程序的一般设计过程,设计了多种外部设备接口的驱动程序,使得机器人能够扩展更多的扩展模块;接着给出了几个主要应用程序的设计过程和实例,提出以AVR虚拟机作为机器人控制软件其中AVR虚拟机在机器人控制系统中的运用是本文的一个创新点,它增强了机器人控制平台软件的可移植性。本文最后设计了相关的应用实验,验证了机器人控制平台的设计是可行的。本文的主要成果如下:(1)构建了以ARM9处理器和嵌入式Linux系统为基础的机器人控制平台,使用I2C总线对常用外围设备接口进行了标准化,使平台整体具备良好的模块化水平和可扩展性。(2)提出以AVR虚拟机作为机器人核心控制软件的思想,设计并实现了该虚拟机,提高了机器人控制软件的可移植性。(3)基于nRF905模块研究设计了机器人的无线下载功能和遥控功能。
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