嵌入式智能机器人平台研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 嵌入式智能机器人平台研究 摘要：随着人工智能技术的发展， 机器人应用于众多领域，人工智能对于 机器人领域的重要性不言而喻，尤其在 对理解自然语言、机器学习、人工神经 网络、机器视觉和智能调度和智慧的研 究中，使机器人在越来越多的领域中得 到广泛的应用。本文重点就嵌入式智能 机器人平台做了探讨和分析。 中国论文网 /3/view-12869481.htm 关键词：嵌入式；智能机器人； 人工智能 人工智能是指研究、开发用于模 拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、 技术及应用系统的一门新的技术科学。 人工智能是计算机科学的一个分支，它 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 企图了解智能的实质，并生产出一种新 的能以人类智能相似的方式做出反应的 智能机器。目前能够用来研究人工智能 的主要物质手段以及能够实现人工智能 技术的机器就是计算机，人工智能的发 展历史是和计算机科学与技术的发展史 联系在一起的。人工智能理论进入 21 世纪，正酝酿着新的突破，人工智能的 研究成果将能够创造出更多更高级的智 能“制品”机器人，并使之在越来越 多的领域超越人类智能，人工智能将为 发展国民经济和改善人类生活做出更大 贡献。 一、嵌入式系统的简介 嵌入系统是指以应用为中心，以 计算机技术为基础，软件硬件可剪裁， 适应于应用系统对功能、可靠性、成本、 体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 它主要由嵌入微处理器、外围硬件设备、 嵌入式操作系统以及用户应用软件等部 分组成。用于实现对其它设备的控制、 监视和管理等功能，它通常嵌入在主要 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 设备中运行。一个最小的嵌入式系统的 基本组成为： 一个用作引导的可用设 施（工具） ；一个具备内存管理，进程 管理和定时器服务的 LINUX 微内核； 一个初始进程；硬件的驱动程序； 一 个或几个应用进程以提供必要的应用功 效。 嵌入式系统与普通的 PC 系统相比 主要具有以下特点： 嵌入式系统功耗 低，体积小，专用性强。嵌入式 CPU 工作在为特定用户群设计的系统中，能 够把 PC 中许多板卡完成的任务集成到 芯片内部，有利于嵌入式系统设计的小 型化。嵌入式系统中的软件一般固化在 存储芯片或单片机本身中，以提高实行 速度与系统可靠性。硬软件都必须高效 设计，系统要精简，对软件代码质量要 求很高。操作系统一般和软件集成在一 起。嵌入式系统开发需要专门的开发工 具和开发环境。 二、系统软件设计 机器人软件系统体系结构可分为 管理协调层、信息处理层、运动控制层 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 和感知反馈层。最顶层是管理协调层， 具有最高的智能水平，由操作人员通过 无线遥控操作和语音识别等负责对整个 机器人的管理与控制；信息处理层由移 动机器人的主控计算机担任，根据作业 任务指示以及感知模块的反馈信息，进 行运动规划形成具体的作业指令；运动 控制层负责完成机器人的电机控制与运 动执行，由 CPU 发送运动控制命令给 电机驱动器，完成对步进电机控制运动， 从而完成操作人员所赋予的任务；感知 反馈层位于系统的最底层，用于与环境 的直接交互，其功能是获取环境信息和 机器人自身状态信息。微软的嵌入式操 作系统 WinCE。NET 可以很好地满足 嵌入式智能机器人平台的开发，它提供 了优秀的应用开发环境以及系统定制工 具，使得整个嵌入式智能机器人平台更 加紧凑实时性更强。这里采用 Embedded Visual C+作为平台的开发工 具，采用面向对象的模块化软件开发思 想设计开发软件系统。按照这种设计思 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 想，可以将整个系统的各个模块独立地 划分出来。 三、系统硬件设计 硬件主要由嵌入式微处理器板和 驱动控制器构成，包括控制处理，电机 驱动、感知显示、无线通讯、电源转换 等模块。系统采用集中式控制方式，嵌 入式主板负责整个系统的控制决策、视 觉处理、运动规划以及总体控制等，是 机器人的控制中心，承担机器人运动的 大量实时计算工作。它的性能将直接影 响机器人的实时性能，它是整个机器人 的控制中心。各功能模块介绍如下： 控制模块是智能平台的控制中心，负责 与其它各个子系统进行数据通讯，因此 选用了一款性能较高，具有丰富接口的 嵌入式计算机主板。这款主板支持的 CPU 主频为 1.0GHz，高度集成了声卡、 显卡和网络等功能。主板设备采用 PCI 技术，具有良好的计算性能，非常适合 于机器人。 感知模块主要包括视觉系 统、语音交互、激光检测等。视觉系统 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 采用 2 个 USB 摄像头，由 算机通过 串口发送控制命令到云台，控制其俯仰 角和侧摆角。利用双目视觉系统可以实 现自主机器人的自定位和目标检测与跟 踪等；人机交互的嵌入式语音识别与合 成系统，可以实现对特定命令集的识别。 用户可以直接通过语音向机器人发送控 制命令，完成诸如前进、后退、找球等 基本动作，同时还可以完成避障、射门 等需要环境信息的复杂动作。同时机器 人可以通过语音合成系统完成自我介绍 以及和用户对话等功能，这在导游和娱 乐机器人领域将有很大的应用空间。 显示模块完成 LCD 触摸屏与 PC 嵌入式 模块连接，实现显示功能和人机交互功 能。 无线网通信模块实现机器人与 PC 机的远程通讯。网络通讯系统采用 Client/Server 的结构体系，创建了 WinCE。NET 操作系统下的网络通讯模 块，同时可以实现机器人与远程 PC 机 进行通讯。用户可以在远程监控 PC 上 观看机器人的当前运动信息，对机器人 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 的运动进行监控，同时可以对机器人进 行远程控制，避免机器人出现意外事故。 四、结束语 嵌入式智能机器人平台的开发使 得我们常见的自主式机器人不再局限于 PC 机模式，使得系统更加紧凑、小巧、 灵活。同时，嵌入式智能机器人平台还 有以下优点： 嵌入式智能机器人平台 具有硬件体积小、模块化、易扩展、易 移植、功耗低，软件实时性强、可定制、 可靠性高等优点；嵌入式智能机器人平 台提供了各个层次的应用开发接口，使 得用户可以在不同层次上对机器人进行 裁减和扩展。智能平台提供了机器人控 制系统中常用的各种传感器模块、通讯 模块，并有方便直观的人机交互界面； 人类的活动领域