娱乐机器人控制器与无线通信网络的设计与实现

摘要

随着机器人技术的发展和人们生活水平的提高，娱乐机器人越来越多的出现在普通家庭，具有广阔的市场空间。娱乐机器人是一种用途广泛的机器人，可以通过对普通的机器人进行一些拟人化的外形改造及硬件设计，同时运用相关的娱乐形式进行其软件开发而得到。娱乐机器人的研究对机器人技术发展起着一定的推动作用，具有重要的经济、科学价值和社会意义。
　　 娱乐机器人的性能很大程度上取决于其控制器。娱乐机器人的特殊工作用途决定其控制器在成本、体积、功耗、重量等方面的特殊要求。本文针对娱乐机器人在多机器人系统中的应用需求，采用ARM9微处理器S3C2440开发了一种低成本、低功耗、体积小巧、可靠性高的娱乐机器人控制器，并基于嵌入式Linux系统进行软件设计和构建蓝牙Ad-Hoc无线通信网络，实现了娱乐机器人在多机器人系统中简单、自主、灵活的通信。
　　 课题中首先进行控制器硬件设计，模块化实现主控功能、通信功能和外围扩展功能等。采用PROTELDXP制图软件绘制电路图及电路板，设计并实现整个娱乐机器人控制器。其次，课题针对高性能嵌入式处理器S3C2440进行了嵌入式Linux操作系统的移植，完成嵌入式Linux开发环境的建立、VIVI的移植、嵌入式Linux内核的移植等工作。并针对娱乐机器人控制器需求对Linux操作系统进行裁剪和驱动开发和根文件系统的构建，生成镜像文件移植到控制器中，实现娱乐机器人嵌入式系统软件开发的平台构建。最后是对多机器人系统无线通信网络的研究，针对娱乐机器人简单、自主、灵活的通信需求，基于嵌入式Linux蓝牙协议栈BlueZ构建蓝牙无线通信网络，实现一种拓扑相对简单、建联快速的蓝牙Ad-Hoc无线网络的构建，满足了娱乐机器人间通信的需求。
　　 本文通过软、硬件测试以及系统联调对整个控制系统进行验证，从结果可以得到，该娱乐机器人嵌入式控制系统具有良好控制性能和无线通信功能，同时具有良好的软、硬件的扩展性，为娱乐机器人在多机器人系统中的应用提供切实可行解决方案，是对解决娱乐机器人控制问题及无线通信问题的有益探索。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

声明

第1章绪论

1.1课题的研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1多机器人系统发展现状

1.2.2娱乐机器人的发展现状

1.2.3机器人控制系统的研究现状

1.3论文的主要研究内容

1.4论文的结构

1.5本章小结

第2章 娱乐机器人嵌入式控制系统总体设计方案

2.1娱乐机器人控制系统需求分析

2.1.1娱乐机器人机械机构介绍

2.1.2娱乐机器人控制系统功能需求

2.2娱乐机器人嵌入式控制系统整体构架

2.2.1娱乐机器人控制器的设计

2.2.2娱乐机器人控制系统软件平台的搭建

2.2.2多机器人系统无线通信网络的选择

2.3本章小结

第3章 娱乐机器人控制器硬件平台设计与实现

3.1娱乐机器人控制器主控制模块设计

3.1.1时钟、复位及电源电路

3.1.2存储单元设计

3.2控制器外围电路的设计

3.2.1电机驱动电路的设计

3.2.2碰撞传感器及LED电路的设计

3.2.3音频电路的设计

3.2.4蓝牙接口电路的设计

3.3其他功能扩展接口的设计

3.3.1 JTAG接口电路

3.3.2串口电路

3.3.3 USB接口电路

3.3.4网络接口电路

3.4印制电路板的设计

3.5硬件电路实物介绍

3.6本章小结

第4章 嵌入式控制系统软件开发平台的搭建

4.1嵌入式Linux开发环境的建立

4.2 VIVI的移植

4.2.1 VIVI概述

4.2.2 VIVI在控制器中的移植

4.3嵌入式Linux内核的移植

4.3.1内核相关参数的修改于设定

4.3.2配置Linux内核

4.3.3编译内核

4.4构建根文件系统

4.4.1建立动态链接库

4.4.2交叉编译BUSYBOX

4.4.3建立etc目录下的配置文件

4.4.4制作根文件系统映像文件

4.5驱动程序开发

4.5.1驱动概述

4.5.2设备驱动软件结构

4.5.3机器人各模块驱动程序的设计

4.6本章小结

第5章 多机器人系统无线通信网络的构建

5.1蓝牙技术在多机器人系统中的应用

5.2蓝牙技术开发平台的搭建

5.2.1 BlueZ蓝牙协议栈

5.2.2蓝牙协议栈BlueZ的移植

5.3蓝牙Ad-Hoc网络的构建

5.3.1 BNEP协议

5.3.2 BSD Socket编程

5.3.3蓝牙Ad-Hoc网络的构建算法

5.4蓝牙AD-Hoc在多机器人系统中的应用研究

5.5本章小结

第6章 系统调试及实验结果分析

6.1硬件焊接与调试

6.2软件程序测试

6.2.1 VIVI下载与测试

6.2.2操作系统的下载与测试

6.3各部分驱动程序的测试

6.3.1 LED及音频驱动的测试实验

6.3.2碰撞开关驱动的测试实验

6.3.3电机驱动的测试实验

6.4蓝牙通信的测试

6.5系统整体联调测试

6.6本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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