基于嵌入式系统的开放式教育机器人控制器

摘要

机器人是上个世纪中叶迅速发展起来的具有高新技术的智能化产品，一般都有某种独特的功能，在发达国家，工业机器人已经被广泛使用到生产等领域中。目前教育机器人越来越多地走进人们的生活，人们能很容易接触到教育机器人的相关产品，教育机器人研究的热潮正在兴起。 但是教育机器人在发展中存在很多待研究的问题，教育机器人的控制器方面存在如下问题：开放性差、软件独立性差、缺少网络功能、没有操作系统。因此研制可嵌入操作系统的(Linux)的具有开放性、微型化、强功能、网络互联、构建友好人机界面(嵌入操作系统)功能的教育机器人控制器必要而迫切。 自行研制教育机器人的目标：硬件、软件“可拼装”，充分发挥爱好者的创造性和动手能力，最大化的提高机器人爱好者的兴趣；“可拼装”的硬件模块要多样化；微型化，便于携带和运用；带有网络功能的，能够实现远程控制或者远程传输，便于远程维护；具有良好界面的软件开发平台，能方便的实现软件的二次开发。 根据产业化和应用需求，设计两款教育机器人，一款是精简型的教育机器人，直接采用ARM处理器来控制教育机器人的各种功能；另一款是综合型的教育机器人，采用ARM处理器，嵌入μLinux系统技术，设计网络平台。 精简型教育机器人由精简型控制器、外部模块、机械机构拼装而成。可以实现避障、循迹等基本功能。 由各种传感器、开关、舵机等构成了综合型教育机器人的不同的外部功能模块，由电源系统、不同外部模块接口以及核心板接口组成了主板。由机械机构、外部功能模块、控制器主板以及核心板拼装成综合型教育机器人。综合型机器人控制器结合不同的外部模块，兼容精简型教育机器人的功能，还实现了其他的功能，例如实现了嵌入操作系统，实现了网络功能、USB功能等，通过网络，可以实现远程下载和网络传输采集的数据功能。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1机器人的定义及其分类

1.1.1机器人的定义

1.1.2机器人的分类

1.2教育机器人的现状及发展

1.2.1教育机器人研究与应用现状

1.2.2教育机器人控制器存在的问题

1.3自行设计的教育机器人控制器

1.3.1基于ARM的嵌入式系统

1.3.2教育机器人控制器的设计思想

1.3.3教育机器人控制器的设计目标

1.3.4该课题的意义

1.4作者本人的主要工作

第二章教育机器人的结构设计

2.1普通机器人的构造

2.2自行设计的教育机器人各组成部件的选择

2.2.1驱动电机

2.2.2传感器

2.2.3控制核心

2.2.3嵌入式操作系统

2.3自行设计教育机器人控制器的结构

第三章嵌入式教育机器人的硬件模块设计

3.1外部功能模块

3.1.1无线通信

3.1.2舵机

3.1.3巡线传感器模块

3.1.4超声波传感器

3.1.5红外传感器模块

3.2核心板电路设计

3.3主板的硬件设计

3.3.1电源设计及JTAG接口设计

3.3.2网络接口设计

3.3.3串口接口设计

3.3.4 USB接口设计

3.4精简型教育机器人控制器的设计

第四章开发环境的构建与网络化设置

4.1主机的建立

4.1.1建立开发环境

4.1.2安装μClinux

4.1.3配置μCLinux

4.2 μClinux系统的移植

4.2.1下载BOOTLOADER

4.2.2下载μClinux内核和文件系统

4.2.3启动μClinux系统

4.3网络化设置

4.4精简型教育机器人软件开发

第五章控制器应用及功能实现

5.1教育机器人的拼装

5.2 PWM驱动的设计

5.2.1设备驱动程序基础知识

5.2.2 PWM驱动程序设计

5.3循迹功能和轨迹复现功能的实现

5.4网络功能的实现

第六章总结与讨论

6.1总结

6.2讨论

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢