自适应球形运动装置的嵌入式软硬件研究

• 作 者: 葛生燕
• 机 构: 北京邮电大学
• 出 处: 北京邮电大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 球形运动装置 自适应过程 智能调整 电路设计 软件开发

球形运动装置是一种将所有元件封装在一个封闭的球壳中的机器人，外观呈球形。球形运动装置具有全方位运动、转弯半径理论为零、占地空间小、运动摩擦力小、内部装置不受外界干扰、可在恶劣的环境下行走等优点，具有重要的研究意义。　　本课题的主要目的不仅要实现运动装置的各项运动，还要将自适应过程应用于运动装置，使运动装置可根据目标物体的方位做运动状态的自我调整，从而大大增强球形运动装置的智能性和与外界的交互性。课题主要完成了以下工作:　　首先，介绍了球形运动装置研究背景和基本内部结构，又详细分析了自适应球形运动装置的自适应过程，对整个自适应过程抽象化、模型化、定量化，为后面的设计奠定理论基础和实现标准。　　其次，剖析整个设计过程中需要解决的3个关键技术:　　(1)球形运动装置与目标物体之间的距离测量;　　(2)球形运动装置当前速度与球形运动装置和目标物体连线的左右夹角的计算;　　(3)球形运动装置的前进方向和速度的控制，并给出了解决方案。　　第三，我们展开对运动装置的硬件电路设计，通过硬件电路模块划分，分别对辅助性硬件电路、功能性硬件电路进行设计，其中辅助性硬件电路设计包括主芯片外围电路设计、电池充电管理电路设计和电源管理电路设计;功能性硬件电路设计包括直流电机驱动电路设计、红外发射和接收电路设计、蓝牙接收电路设计、陀螺仪电路设计、加速度计电路设计等。　　最后，我们着手进行整个系统的软件设计。重点对关键软件模块进行设计，包括蓝牙通信模块设计、红外收发模块设计、数据采集模块设计、姿态角计算模块设计、电机控制模块设计等。　　通过以上分析和设计，我们最终成功实现了自适应球形运动装置，呈现出可以做出各项运动，并可根据目标物体的方位做运动状态自我调整的智能自适应球形运动装置。