嵌入式系統(tǒng)在機器人中的應用

（文章來源：華清遠見）

嵌入式控制器越來越微型化、功能化。微型機器人、特種機器人等也獲得更大的發(fā)展機遇，無論從控制系統(tǒng)的結構還是機器人的智能程度方面都得到了很大的提高。以索尼的機器狗為代表的智能機器寵物是最典型的嵌入式機器人控制系統(tǒng)，除了能夠實現(xiàn)復雜的運動功能，它還具有圖像識別、語音處理等高級人機交互功能，它可以模仿動物的表情和運動行為?；鹦擒囈彩且粋€典型例子，這個價值10億美金的技術高度密集移動機器人，采用的是VxWorks 操作系統(tǒng)，它可以在不與地球聯(lián)系的情況下自主工作。下面從運動控制系統(tǒng)、遠程控制、視頻監(jiān)控系統(tǒng)三個方面分析嵌入式系統(tǒng)在機器人中的應用情況。

機器人的運動控制部分一般采用ARM 7來完成，主要是由于整個系統(tǒng)對實時性要求較高，利用ARM 7來專門控制伺服能更好的滿足要求。

ARM 7通過串口接收數(shù)據(jù)，并根據(jù)定義好的串口相關通信協(xié)議對接收到的數(shù)據(jù)進行解析，得到各個電機的轉向以及運動圈數(shù)，從而控制電機的轉動，串口數(shù)據(jù)的接收是通過中斷的方式來實現(xiàn)的。一旦有數(shù)據(jù)到達，就產(chǎn)生一次中斷，在中斷服務程序中，新發(fā)送過來的數(shù)據(jù)將被保存起來，并且設置標志位為真，用以通知主任務有新的數(shù)據(jù)到達，可以調用電機驅動程序來實現(xiàn)電機的運動。

任何能連接上互聯(lián)網(wǎng)的地方的用戶，在遠程用戶端，OPENGL 仿真將預演用戶所輸入的機器人控制命令后機器人的運動軌跡，并且將機器人的運動軌跡做相應的反解，從而得到各個控制關節(jié)，即相應的電機的運動數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到近端控制中心ARM 9控制板上，通過它轉發(fā)給實時控制板ARM7，ARM7就控制伺服驅動器讓電機按預定的軌跡運動，從而實現(xiàn)機器人的遠程控制。

遠程用戶端一個重要的功能是能實時地觀看到機器人的運動姿態(tài)，所以一個視頻客戶端是必須的?；诜掌鳎蛻舳说哪Ｐ?，在ARM 9控制板上運行著視頻服務器，該視頻服務器與帶USB 接口的攝像頭相連，攝像頭實時地采集并聯(lián)機器人的運動狀態(tài)，并將采集到的圖像編碼，ARM 9控制板將經(jīng)過編碼壓縮后圖像數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳送到遠程客戶端，遠程客戶端在接收到圖像數(shù)據(jù)后經(jīng)過解碼、顯示從而形成視頻圖像，用戶也就可以觀測到機器人的運動狀態(tài)。

ARM 9控制板是整個系統(tǒng)的核心，它扮演著系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，控制中心的角色。一方面它將攝像頭采集到的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼后，通過以太網(wǎng)發(fā)送到遠程用戶端；另一方面它將它還需要負責將遠程用戶端傳送過來的控制命令解析并轉發(fā)給ARM 7控制板并接收反饋信息。

遠端用戶通過人機交互界面將所要求機器人運動姿態(tài)位置的指令輸入到遠端PC 中，經(jīng)過網(wǎng)絡傳輸?shù)竭_ARM 9控制中心，ARM 9控制中心這里扮演著近段調試模式中那個近端PC 的角色，在接收到遠端數(shù)據(jù)后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，控制其串口將串口數(shù)據(jù)包發(fā)送到ARM 7控制板上，ARM 7控制板接收到數(shù)據(jù)后解析數(shù)據(jù)并且驅動電機的伺服驅動器，從而實現(xiàn)對機器人地控制。

由于控制命令對準確性的要求以及現(xiàn)實的網(wǎng)路情況，目前多數(shù)采用TCP 協(xié)議來傳送控制命令。

圖像數(shù)據(jù)由攝像頭采集，ARM 9通過USB 接口讀取其緩存中的數(shù)據(jù)，并對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮編碼。然后基于socket 編程來傳送這些數(shù)據(jù)，將ARM 9作為server 端，一旦有client 端（監(jiān)視平臺） 與之連接，它將把壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送過去。監(jiān)視平臺接收到數(shù)據(jù)后解碼，然后顯示在終端上。控制單位時間內圖像幀顯示次數(shù)就能形成流暢的動畫效果。