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毕业设计(论文)-基于移动网络控制机器人的设计与实现1.doc

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毕业设计(论文)-基于移动网络控制机器人的设计与实现1.doc

毕业设计论文i基于移动网络控制机器人的设计与实现摘要机器人在现代化生产过程中有着重要的作用,可以减低劳动了强度,提高效率,并可以把人们从危险恶劣的生产环境中解放出来。机器人技术是一门综合性的科学,涉及到计算机、通信、传感技术、机械结构、人工智能等多门学科。因此,机器人技术在一定程度上反应了一个国家的整体技术水平。遥控和网络控制机器人有着更加广泛的应用。通过网络,人们可以忽略人和机器人的空间距离,实现远程操控,这在生产实践中有着重大的意义。现有的移动网络具有覆盖范围广,永远在线的特点,可让我们随时随地对机器人进行远程控制。本论文使用有6自由度的机械手臂,在ARM9嵌入式开发板上,用GSM模块发送控制指令,再通过接收端的GSM模块把信号传输给小车的ATMEGA168主控芯片,然后驱动手臂上的MG945舵机,达到控制手臂的目的。关键词ARM9嵌入式平台,GSM/GPRSModem,ATMEGA168单片机,6自由度机械臂,远程控制毕业设计论文iiThedesignandimplementationofcontrollingrobotbasedonthemobilenetworkAbstractRobotinmodernproductionplaysanimportantroleinreducingintensityoflabor,increasingefficiencyofmanufacturing,andliberatingpeoplefromthedangerousproductionenvironment.Roboticsisanintegratedscience,involvingthecomputer,communications,sensortechnology,mechanicalstructure,artificialintelligenceandotherdisciplines.Therefore,therobottechnologyreflectsacountrysoveralltechnologicalleveltosomeextent.Theremoteandnetworkcontrolrobothaswiderapplications.Throughthenetwork,peoplecanignorethedistanceandthespacebetweenthemandrobotstoimplementremotecontrol,whichisgreatsignificantintheproduction.Existingmobilenetworkhaswidecoverage,alwaysonlinefeatures,allowingustoremotelycontroltherobotatanytime.Thisprojectaimstocontrola6DOFroboticarm.ThecontrolcommandsaregeneratedontheARM9developmentboardwithaGSMmoduleembeddedandsenttotheATMEGA168controlchipofthevehiclethroughthenetworkbyusinganotherGSMmoduletoreceivethesignal.ThereceivedcommendsareusedtodriveservoMG945tocontrolthearm.KeyWordsARM9embeddedplatformGSM/GPRSModemATMEGA168MCU6DOFmanipulatorRemoteControl毕业设计论文iii目录摘要.......................................................................iAbstract.....................................................................ii第1章绪论...................................................................11.1机器人研究的历史、现状及发展趋势.......................................11.1.1机器人的发展历程.................................................11.1.2机器人技术的现状和发展...........................................11.2遥控机器人的研究现状与存在问题.........................................21.3课题的意义与任务.......................................................2第2章移动网络简介...........................................................42.1GSM短信服务...........................................................4第3章遥控系统的开发.........................................................63.1嵌入式系统.............................................................63.2无线通信方式的选择.....................................................83.2.1无线通信方式的要求...............................................83.2.2无线通信方式的选择...............................................83.3远程控制的原理.........................................................9第4章遥控系统的硬件设计....................................................114.1远程控制平台..........................................................114.2GSM/GPRS通信模块.....................................................124.2.1发送端..........................................................124.2.2接收端..........................................................124.3RS232串行接口及MAX232电平转换电路..................................134.4ATmega168单片机......................................................144.4.1ATmega168简介...................................................144.4.2最小系统........................................................174.5控制伺服电机..........................................................17第5章遥控系统的软件设计....................................................205.1ARM9嵌入式系统程序开发...............................................20毕业设计论文iv5.1.1软件系统开发逻辑图..............................................205.1.2宿主机开发环境的建立............................................205.1.3NFS的配置.......................................................215.1.4交叉编译环境的建立..............................................235.2GPRS通信程序设计.....................................................255.2.1程序设计流程....................................................255.2.2短信发送程序的编译及调试过程....................................295.2.3短信接收过程....................................................315.2.4单片机指令的提取过程............................................325.3UART串口通信程序.....................................................335.3.1程序设计流程....................................................335.3.2程序调试........................................................355.4机械臂控制程序设计....................................................38第6章结束语................................................................40参考文献..................................................................41致谢.......................................................................42毕业设计论文v图录图21SMS体系结构...........................................................4图31基于移动网络控制机械臂的系统原理图...................................10图41SemitARM9200开发板实物图及接口示意图................................11图42SemitARM9200开发板核心板.............................................11图43GSM/GPRSmodem功能示意图.............................................12图44SIM卡电路示意图......................................................13图45短信服务流程图.......................................................13图46RS232接口............................................................13图47RS232转TTL电平......................................................14图48AVR单片机基本组成结构................................................15图49ATmega168最小系统原理................................................17图410MG945舵机...........................................................18图411舵机的工作原理示意图................................................18图412控制信号脉冲宽度与输出轴转角的关系图................................19图51软件系统开发逻辑图...................................................20图52交叉编译环境.........................................................21毕业设计论文1第1章绪论1.1机器人研究的历史、现状及发展趋势1.1.1机器人的发展历程自60年代初,第一台工业机器人的诞生至今,机器人的发展大概可以分为三个阶段(1)第一阶段机器人只能按照事先编写的程序不断重复完成规定动作,显然是不够灵活的,很多情况下不能满足要求。(2)第二阶段可以有一台或多台主机控制,运行不同的程序,完成多种任务,以一种机器人就可以在工业上大展拳脚了。(3)第三阶段科技的进步和任务的复杂性大幅度的增加,要求机器人拥有很强的自主能力,第二阶段的机器人就显得不能满足要求了,于是就有了智能机器人。智能机器人具有模拟的人类的感觉器官及大脑,可以根据周围的环境和自身的实际状态,结合任务要求,采取不同的行动及作业方式。智能机器人要通过传感器获得环境信息,用人工智能技术进行信息的整合,进而完成任务。1.1.2机器人技术的现状和发展现在的机器人一般都具有一定的智能功能,按其智能化程度可分为外部受控机器人(本实验中的机械手)、半自主式机器人和全自主式机器人。从其功能上分类可分为工业机器人和娱乐服务机器人。按照机器人的工作场合的不同,又分为水下机器人,空间机器人和农、林、牧、医机器人等。按其运动方式可分为轮式移动机器人、步行移动机器人、履带式机器人、爬行机器人和空气推进、水下推进等。目前,在机器人技术上美国,西欧和日本走在各国的前面,1987年美国人工智能中心首次进行了移动机器人的越野实验。90年代以后,美国卡内基梅隆大学的NavLab系列的室外移动机器人又向着实用性方面前进了一大步。日本的机器人技术方面非常先进,尤其是在仿人机器人方面最为先进,本田公司的仿人机器人ASIMO,身高1.2m,体重52kg,行走速度为01.6kg/h。ASIMO的行走可以比早期的机器人更加灵活,可以通过预测技术提前改变重心。我国的机器人研究起步较晚,但经过一大批科研单位和高校的努力取得了一批可喜的成绩,有些达到了国际先进行列。如中科院开发的我国第一代智能轮椅平台,具有超声、红外等多传感器融合的导航系统,可以进行简单的口令控制清华大学的THMRV自动驾驶小车,自由毕业设计论文2行走于一定的环境中哈工大的迎宾机器人具有无缆行走、自动壁障、语音识别等功能中科院沈阳自动化研究所研制的基于非结构化环境移动机器人,可以在非常复杂的环境中使用,等等。目前,机器人的研究朝着智能化多样化发展,主要集中在以下方面(1)工业机器人操作机结构的优化设计技术,探索新的高强度轻质材料,进一步提高负载/自重比,同时机构向着模块化、可重构方向发展(2)机器人控制技术,重点研究开放式,模块化控制系统,人机界面更加友好,语言、图形编程界面正在研制之中(3)多传感系统,为进一步提高机器人的智能和适应性,多种传感器的使用是其问题解决的关键(4)机器人遥控及监控技术,是机器人自主技术的基础,通过网络实现大范围类机器人的控制(5)多智能体调控技术(6)微型和小型机器人(7)仿人仿生技术,这是理想中的机器人所具有的技术,目前进展不大。1.2遥控机器人的研究现状与存在问题在机器人所涉及的各种技术中,控制技术最为重要。在机器人的发展中,机器人逐步朝智能化发展,其特点是机器人自主获得外部信息,进行协调。这就要求机器人确定自身与周围环境位置关系,还涉及到导航、自动控制路径规划、定位、多传感器融合等技术。但是机器人的智能化的遥控程度和灵活程度并不高,有待进一步发展。遥控需要数据交换系统保证实时性和可靠性。在远程监控时,由于网络的延时,和数据在传输中可能的丢失问题,会导致控制系统不稳定,因此设计控制系统时要考虑这方面的问题,但在目前的网络环境中还不可避免。另外,机器人的可扩展性是影响机器人潜力发挥的重要因素,也是保证低成本和高性能的前提。可扩展性强的机器人可以重复应用于不同的环境,并根据需要添加不同的功能。1.3课题的意义与任务遥控机器人是研究的一个热点。无线遥控技术应用于机器人可以提高其远程控制能力。本课题设计目标是通过移动网络控制小车的机械臂,使其完成基本的动作。课题中设计并实现了一种基于移动网络的移动机器人远程控制系统,即在本地计算机发出指令通过移动网络对远端移动机器人进行控制。本课题的主要意义在于1就目前的机器人发展水平而言,实现完全的机器人自主控制还不现实,即使当今世界最先进的机器人所能独立完成任务的能力与人的能力相比还是非常有限的。因此,需要人与移动机器人交互,以便完成更加复杂的工作,而利用网络则能以较小的代价来实现人机交互。

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