基于ARM+ucosⅡ的教学机器人控制系统设计与实现
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2011-11-12
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摘要：本文介绍了一种基于３２位 ARM 处理器 S3C44B0X 和实时操作系统 μc/osⅡ 的移动机器人控制器的硬件
构成以及软件的控制策略。重点介绍了以 S3C44B0X 为核心的控制系统、基于 LM629 的位置闭环单元，基于
LMD18200 的功率放大单元，和基于实时多任务操作系统 μc/osⅡ 的软件设计策略，并给出了机器人运动实验的
结果，证明了系统的可行性。该系统适合在非结构化动态环境中进行分布式多 AGNET（智能体）、多机器人的
协作与协调、移动机器人路径规划与避碰、足球机器人比赛等研究。
关键词机器人；ARM；μc/osⅡ
1．引言
近年来随着人工智能技术、计算机技术等相关技术的发展，对智能机器人的研究越来越多。在教育领域,许多院
校已在学生中开设了机器人学方面的有关课程。为了满足机器人学方面的有关课程教学示范和实验教学的需求,
我们研制开发了全方位的轮式移动机器人，可以作为各种智能控制方法（包括动态避障、群体协作策略）的良
好载体，同时又可以方便的构成网络化的分布式系统，开展多智能体的调度、规划等研究。本文全面介绍了这
种移动机器人的控制系统体系结构，包括传感器、通讯、伺服控制、软件构成等，并给出了实验结果，证明了
系统的可行性。
２、机器人控制系统的硬件方案选择与设计
本机器人控制器采用“主控器+伺服控制器”的形势。伺服控制器负责完成单关节的位置闭环，在机器人控制中，
要求运动平稳无超调，所以伺服控制器的运算任务很繁重。主控制器主要完成除伺服控制器所作的位置闭环以
外的所有工作，包括上位机命令接收，机器人状态监视、显示，根据一定的控制算法实现空间轨迹插补以及传
感器信息综合处理等工作。所以主控制器的任务也很繁重。
2.1 主控制器选择
在移动教学机器人系统中, 应用工业计算机作为其控制系统核心成本高，体积大，功耗大，而采用 8 位或者 16
位单片机，又存在硬件资源有限、运算和处理速度有限的困扰，很难应用模糊控制等智能控制理论。S3C44B0
X 是 SAMSUNG 公司推出的一个基于 ARM7TDMI 核的低功耗的高性价比的 32 位处理器，它可以在 60MHZ 频
率下运行，采用 3 级流水线结构
[4]
，处理能力大大超过 8/16 位的单片机，接近 PC 机，可以支持大屏幕的液晶
显示，提供功能强大的图形用户界面，另外基于 ARM 的控制器可以内嵌实时操作系统，克服了传统基于单片机
的控制系统的软件“前后台”形式造成的实时性差的缺点
[1][5]
。S3C44B0X 有 8 个外部中断,两个带有握手协议的
UART 接口，另外具有 SPI 和 I
2
C 接口、RTC 和 5 个 16 位的 PWM 控制器、8 路 10 位 AD 以及 LCD 控制器等
[4]
。它丰富的模块很大程度上可以减少控制器的体积，增加系统的可靠性。控制系统硬件结构如图１所示（系统
中共有 3 个伺服驱动单元和电机，限于篇幅只画了一个）。包括由 S3C44B0X 构成的主控制器，由 LM629 构成
的伺服控制部分，通过 UART 形成的通讯电路、由 LMD18200 构成的功率放大电路、直流电机构成的执行机构、
传感器电路等。
资源评论
orpheus352012-06-12有点用处，uc/os的教学机器人还是比较少的
