专利名称：一种移动机器人导航控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种移动机器人导航技术，具体地说是一种移动机器人导航控制装置。
背景技术：
随着科学技术的不断进步，机器人正在向自主智能机器人的方向发展，应用领域从工业逐步渗透到军用、家用、医疗、建筑等行业。但机器人的自主导航与定位技术的现状限制了智能移动机器人在上述诸多领域的应用。 目前移动机器人导航装置没有通用的硬件结构。以往的机器人导航部分，主要是基于具体硬件的单一设计，导航系统往往在软、硬件上都不具备兼容性和可扩展性、可重构性。随着传感器模块的增减以及驱动装置的变化，此类机器人导航控制装置就不具有通用性。对于新的硬件需求，系统不得不重新制作，成本和效率将大打折扣。从控制对象上看，智能移动机器人的导航装置需要完成对传感器信息的采集、对多传感器信息的融合以及环境建模、定位和路径规划功能。为了解决上述问题，大多数研究机构和公司采用多处理器来实现，这种方法不仅增大系统的体积、功耗和成本，而且降低了系统的通用性。
目前移动机器人没有专用的操作系统，为了降低开发难度，部分厂家和研究机构直接在X86平台上采用Windows操作系统作为机器人控制系统的操作系统。基于Windows的操作系统虽然界面友好、容易开发，但是对于移动机器人导航这种对实时性要求较高的控制系统来说，Windows操作系统难以满足其要求，也就降低了系统的可靠性。同时，基于Windows操作系统的机器人对硬件要求也较高，客观上也增加了机器人制作的成本。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种以嵌
入式处理器为核心处理单元的移动机器人导航控制装置。 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是 本发明移动机器人导航控制装置基于CAN总线的分布式结构，包括 ARM9处理单元，采用CAN总线与ARM7处理单元及DSP处理单元进行通讯连接，完
成各类传感器信息融合与导航规划；ARM7处理单元，采集传感器信息发送至ARM9处理单
元；DSP处理单元，接收ARM9处理单元的运动控制指令，实现机器人运动执行机构的伺服控制。 所述ARM9处理单元内部具有以ARM9处理器为控制核心的ARM9处理�？椋诵星度胧绞凳辈僮飨低常珹RM9处理器通过CAN总线接口与ARM7处理单元、DSP处理单元相连，通过GSM�？榻邮沼没只⑺偷牡己娇刂浦噶睿⑺突魅说淖刺畔⒅劣没只ü齍SB接口接收USB摄像头传输的图像数据；通过音频输入输出模块接收用户语音控制指令；所述ARM9处理�？榛雇üッ两涌诮佑写ッ粒邮沼没üッ练⑺偷闹噶睿凰鯝RM7处理单元内部具有以ARM7处理器为控制核心的ARM7处理模块，运行嵌入式实时操作系统，ARM7处理器通过定时器接口及通用输入输出接口接有超声波传感器，通过AD接口接有红外传感器；通过串口接口接有电子罗盘传感器，通过通用输入输出接口接有热释电传感器和烟雾传感器，通过CAN总线接口与ARM9处理单元、DSP处理单元以及其他具有CAN总线接口的设备相连；所述ARM9处理单元还具有无线网络�？椋ü尴咄绾驮冻碳扑慊嗔邮赵冻碳扑慊涞幕肪车赝夹畔ⅲ魅说奈恢眯畔⒎蠢〉皆冻碳扑慊�
本发明具有以下技术效果及优点 1.本发明装置采用通过CAN总线实现嵌入式微处理器的分布式连接，有效降低各个处理单元的计算负担，保证系统实时性； 2.本发明装置设有多个接口，提高了装置扩展升级的灵活性； 3.本发明装置采用嵌入式微处理器，功耗低，能够满足家庭、公共环境中对于机器
人运行时间的要求； 4.系统成本低，有助于移动机器人产品的推广。
图1为本发明的整体硬件结构示意图； 图2为本发明的ARM9处理器单元硬件结构示意图； 图3为本发明的ARM7处理器单元硬件结构示意图； 图4为本发明采用的软件结构示意图。 下面结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细说明。 如图1所示，为本发明的整体硬件结构示意图。本发明装置包括ARM9处理单元、ARM7处理单元以及DSP处理单元，三者都含有CAN总线接口 ，通过CAN总线实现分布式连接。其中ARM9处理单元通过无线网络�？楹驮冻碳扑慊嗔捎肅AN总线与ARM7处理单元及DSP处理单元进行通讯连接，完成各类传感器的信息融合与导航规划；ARM7处理单元用于采集各类传感器信息发送至ARM9处理单元；DSP处理单元接收ARM9处理单元的运动控制指令，实现机器人运动执行机构的伺服控制。 如图2所示，为本发明的ARM9处理单元硬件结构示意图。ARM9处理单元内部具有采用嵌入式实时操作系统的ARM9处理模块，ARM9处理�？橐訟RM9处理器为控制核心，通过无线网络�？榻邮赵冻碳扑慊涞幕肪车赝夹畔ⅲ魅说奈恢眯畔⒎蠢〉皆冻碳扑慊籄RM9处理器通过CAN总线接口与ARM7处理单元、DSP处理单元以及其他具有CAN接口的设备相连；通过GSM�？榻邮沼没只⑺偷牡己娇刂浦噶睿⒎⑺突魅说淖刺畔⒅劣没只煌ü齍SB接口接收USB摄像头传输的图像数据；通过音频输入输出�？榻邮沼没в镆艨刂浦噶睿煌üッ两涌诮佑写ッ粒糜诮邮沼没üッ练⑺偷闹噶睿箍梢酝ü鼳RM9处理�？榈钠渌庵媒涌� ，如CF卡接口及串口连接必要的外置设备，如CF存储卡、调试终端等。 如图3所示，为本发明的ARM7处理器单元硬件结构示意图，包括ARM7处理单元内部具有采用嵌入式实时操作系统的ARM7处理�？椋珹RM7处理器通过定时器接口及通用输入输出接口接有超声波传感器阵列，本实施例采用一组6个，通过AD接口接有红外传感器阵列，本实施例采用3个，上述两类传感器用于检测机器人距离周围物体的距离信息；通过串口接口接有电子罗盘传感器，用于检测机器人方位信息；通过通用输入输出接口接有热释电传感器和烟雾传感器，分别用于人体检测和环境烟雾浓度信息检测；通过CAN总线接口与ARM9处理单元、DSP处理单元以及其他具有CAN接口的设备相连；IIC接口 ，用于和温湿度传感器相连；还具有SPI接口，用于扩展传感器设备。 DSP处理单元为本发明移动机器人导航控制装置的执行单元，其接收的ARM9处理单元的运动控制指令，采用S/T速度规划方法，对左、右轮电机进行伺服控制。
图4为本发明采用的软件结构示意图，ARM9处理单元、ARM7处理单元及DSP处理单元为构成移动机器人导航控制装置的硬件部分，三者通过CAN总线进行物理连接和数据通讯。在ARM9处理�？樯显诵蠱ontaVista嵌入式实时操作系统，在ARM7处理�？樯显诵蠻COS-II嵌入式实时操作系统，在ARM9处理�？樯系腖inux运行环境下，采用多线程方法，把与导航控制相关的各个线程分为语音交互线程、CAN通讯线程、网络通讯线程、路径规划线程、环境建模线程、定位线程；在ARM7处理模块上的UCOS-II运行环境下，采用多任务方法，把与导航控制相关的各个任务分为超声波传感器数据采集任务、红外传感器数据采集任务、电子罗盘数据采集任务、热释电传感器数据采集任务、机器人运动控制任务以及其他传感器数据采集任务，如温湿度传感器采集任务等。各个任务所需要的数据，都可以通过CAN总线进行数据通讯和数据共享。
本发明装置的工作过程如下 当装置启动运行时，在UCOS-II操作性系统的调度下，ARM7处理单元开始周期性采集超声波、红外等各类传感器数据，并且通过CAN总线把这些数据打包成数据帧传递给ARM9处理单元。机器人运动时，DSP处理单元会采集机器人左、右轮电机码盘反馈的数据，并在每一周期都将这些数据打包成数据帧传递给ARM9处理单元。当ARM9处理单元接收到数据时，CAN通讯线程对CAN数据帧进行解析(1)如果是ARM7处理单元发送的数据帧，则发送事件消息给环境建模线程，通过Linux的系统调度，环境建模线程接收到ARM7处理单元发送来的数据帧并用最新的传感器数据来更新当前环境模型；(2)如果是DSP处理单元发送的数据�。蚍⑺褪录⒏ㄎ幌叱蹋ü齃i皿x的系统调度，定位线程接收到DSP处理单元发送来的数据帧并用最新的码盘信息来更新当前机器人位姿信息；路径规划线程通过Monta Vista的高精度定时器定时触发执行，当路径规划线程得到定时器的事件消息时，读取由环境建模线程提供的当前环境信息和定位线程提供的机器人位姿信息，计算出机器人在下一周期的运行轨迹并发送运动控制指令至DSP处理单元，由DSP处理单元完成对机器人左、右轮电机的伺服控制。
权利要求
一种移动机器人导航控制装置，其特征在于基于CAN总线的分布式结构，包括ARM9处理单元，采用CAN总线与ARM7处理单元及DSP处理单元进行通讯连接，完成各类传感器信息融合与导航规划；ARM7处理单元，采集传感器信息发送至ARM9处理单元；DSP处理单元，接收ARM9处理单元的运动控制指令，实现机器人运动执行机构的伺服控制。
2. 按权利要求1所述的移动机器人导航控制装置，其特征在于所述ARM9处理单元内部具有以ARM9处理器为控制核心的ARM9处理�？椋诵星度胧绞凳辈僮飨低常珹RM9处理器通过CAN总线接口与ARM7处理单元、DSP处理单元相连，通过GSM�？榻邮沼没只⑺偷牡己娇刂浦噶睿⑺突魅说淖刺畔⒅劣没只ü齍SB接口接收USB摄像头传输的图像数据；通过音频输入输出�？榻邮沼没в镆艨刂浦噶�。
3. 按权利要求2所述的移动机器人导航控制装置，其特征在于所述ARM9处理�？榛� >通过触摸屏接口接有触摸屏，接收用户通过触摸屏发送的指令。
4. 按权利要求1所述的移动机器人导航控制装置，其特征在于所述ARM7处理单元内部具有以ARM7处理器为控制核心的ARM7处理�？椋诵星度胧绞凳辈僮飨低常珹RM7处理器通过定时器接口及通用输入输出接口接有超声波传感器，通过AD接口接有红外传感器；通过串口接口接有电子罗盘传感器，通过通用输入输出接口接有热释电传感器和烟雾传感器，通过CAN总线接口与ARM9处理单元、DSP处理单元以及其他具有CAN总线接口的设备相连。
5. 按权利要求1所述的移动机器人导航控制装置，其特征在于所述ARM9处理单元还具有无线网络�？椋ü尴咄绾驮冻碳扑慊嗔邮赵冻碳扑慊涞幕肪车赝夹畔ⅲ魅说奈恢眯畔⒎蠢〉皆冻碳扑慊�。
全文摘要
本发明涉及一种移动机器人导航控制装置，基于CAN总线的分布式结构，包括ARM9处理单元，采用CAN总线与ARM7处理单元及DSP处理单元进行通讯连接，完成各类传感器信息融合与导航规划；ARM7处理单元，采集传感器信息发送至ARM9处理单元；DSP处理单元，接收ARM9处理单元的运动控制指令，实现机器人运动执行机构的伺服控制。本发明装置采用通过CAN总线实现嵌入式微处理器的分布式连接，有效降低各个处理单元的计算负担，保证系统实时性；设有多个接口，提高了装置扩展升级的灵活性；采用嵌入式微处理器，功耗低，能够满足家庭、公共环境中对于机器人运行时间的要求。
文档编号G01C21/00GK101751038SQ200810229320
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月5日 优先权日2008年12月5日
发明者徐方, 李学威, 杜振军, 王长龙, 贾凯, 郑春辉 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司
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