移動機器人控制系統(tǒng)設計方案探究

　分享到：標簽：嵌入式Linux 模糊控制 共享內(nèi)存 移動機器人
　　隨著科學技術的發(fā)展和社會的需要，移動機器人技術得到了迅速發(fā)展，正在滲透到各行各業(yè)中，使人們的生活更加便利。現(xiàn)今以單片機為核心的移動機器人存在處理數(shù)據(jù)量有限、控制系統(tǒng)速度低、人機交互機制單一等缺點，不能滿足機器人多任務的要求。系統(tǒng)中增加協(xié)處理器的系統(tǒng)結構也得到了廣泛應用，雖然可以管理多種傳感器，但這種結構卻增加了硬件的冗余度和復雜度，見參考文獻。為此，提出了以嵌入式處理器S3C2440為核心的多任務機器人控制系統(tǒng)。
　　1控制系統(tǒng)硬件設計
　　控制系統(tǒng)選用兩輪獨立驅(qū)動小車為移動式機器人平臺，后輪為一個尼龍萬向輪。處理器為三星公司的S3C2440，系統(tǒng)主頻最高可達533 MHz，外接512 MB的NAND Flash和64 MB的SDRAM，支持SPI、I2C、UART等接口，滿足移動機器人控制系統(tǒng)的需求，如圖1所示。
　　
　　圖1系統(tǒng)硬件組成
　　整個控制系統(tǒng)工作過程如下：語音識別芯片LD3320通過SPI總線接口接人ARM處理器，處理器可以對識別的結果進行分析和匯總，并通過查表提取出操作人員的命令碼；同時，處理器通過串口讀取機器人當前的航向信息；超聲波測距和紅外線地面檢測模塊由處理器的GPIO引腳控制；通過控制兩自由度的云臺，可以進行多方位的超聲波障礙物檢測，利用LD3320模塊的MP3播放功能播放所檢測到的障礙物距離和路況信息?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)和所識別的操作人員的命令碼，利用信息融合技術提取環(huán)境特征，通過路徑規(guī)劃技術作出決策，控制電機狀態(tài)，最終控制機器人的姿態(tài)。
　　2控制系統(tǒng)軟件設計
　　在軟件設計中，將系統(tǒng)中所有要處理的任務劃分為不同的、相互獨立的任務模塊。根據(jù)系統(tǒng)的性能指標和技術要求，可將任務劃分為：語音識別、航向測量與計算、超聲波測距、電機控制、信息處理等任務。
　　2.1進程的創(chuàng)建與狀態(tài)轉換
　　移動機器人控制系統(tǒng)在初始化完成后，利用系統(tǒng)調(diào)用fock機制分別為語音識別、航向測量與計算和超聲波測距等任務產(chǎn)生相應的子進程，實現(xiàn)方式如圖2所示。進程創(chuàng)建成功后，操作系統(tǒng)會根據(jù)調(diào)度算法進行進程調(diào)度，這使系統(tǒng)在行駛過程中，能夠及時響應語音命令。
　　
　　圖2系統(tǒng)多進程設計的實現(xiàn)方式
　　2.2進程間通信機制
　　在信息處理進程中，需要對不同任務返回的有效數(shù)據(jù)進行信息處理和融合。由于不同進程的數(shù)據(jù)段、堆棧段是相互隔離的，因此，采用共享內(nèi)存的進程間通信方式，在程序中可以使用shmget從系統(tǒng)中取出一塊未使用的物理內(nèi)存并映射到用戶空間，如圖3所示。
　　
　　圖3共享內(nèi)存機制示意圖
　　在兩個進程之間建立共享內(nèi)存的具體實現(xiàn)步驟如下：
　?、僭谡{(diào)用fock（）前，使用shmget創(chuàng)建新的共享內(nèi)存，返回值為共享內(nèi)存標識碼：
　　shmid = shmget（IPC_PRIVATE，1，PERM）
　　//申請一個字節(jié)共享內(nèi)存
　?、谡{(diào)用fock（）函數(shù)，創(chuàng)建子進程，根據(jù)fock（）的返回值區(qū)分父進程和子進程，并分別在兩個進程中使用shmat映射一塊共享內(nèi)存，即允許當前進程訪問創(chuàng)建的共享內(nèi)存：
　　if（fock（）） p_addr= shmat（shmid，0，0）；
　　//將共享內(nèi)存映射到父進程
　　else{c_addr=shmat（shmid，0，0）；}//將共享內(nèi)存映射到子進程
　　其中，shmid為shmget（）函數(shù)的返回值，即共享內(nèi)存標識碼。