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六足减灾救援仿生机器人嵌入式控制系统研究

作　者: 杨永
导　师: 姜树海
学　校: 南京林业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 六足 仿生机器人 减灾救援 ARM Linux WEB服务器
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


近年来,地震、火灾等自然灾害频发，给人类的生产生活以及生命安全带来了巨大的危害。灾害现场的情况比较复杂,导致救援活动前获取的有价值的信息较少。多足爬虫经过若干年的进化，已经完全能够适应自然界的恶劣地形环境和气候环境。因此，我们以六足甲虫为仿生生物原型，开展了针对特殊环境下进行救援任务的六足仿生机器人的嵌入式控制系统研究。系统的关键技术在于对机器人的控制、对外界的环境监测（如温度，湿度等）以及监测资料的传输，六足仿生机器人的嵌入式控制系统研究对多足仿生机器人的控制系统研究，特别是多足减灾救援仿生机器人控制系统研究具有重要的理论与实际意义。基于六足减灾救援仿生机器人的特点和在未来减灾救援活动中的作业需求，采用基于ARM9与嵌入式linux操作系统结合舵机控制器的控制系统，在此基础上开展相关软硬件设计，论文具体完成以下工作：⑴阐述了课题来源、研究的目的与意义，详细的分析国内外六足仿生机器人的研究成果与现状，给出论文研究的主要内容。⑵基于六足甲虫的腿部结构、运动原理等特性，设计六足仿生机器人的腿部结构与运动步态。⑶根据六足减灾救援仿生机器人嵌入式控制系统设计要求，采用ARM9系列的嵌入式处理器作为主控芯片、嵌入式linux为操作系统，外围搭载舵机控制模块、传感器检测模块、通信模块、视频采集模块、报警模块等模块。⑷针对相应的硬件，移植相应的程序。根据设计需求搭建机器人运行环境，设计相应的底层驱动、上层应用程序与上位机的监控界面。⑸结合具体需求，对机器人进行单元和整体性能测试，分析、总结获得的数据。鉴于课题的前期基础和以上的工作，我们设计并制作六足减灾救援机器人的嵌入式控制系统，为课题的进一步研究奠定了理论与技术基础。

全文目录


致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题研究的目的及意义  8
  1.3 仿生机器人研究现状  8-13
  1.4 论文完成的主要工作  13
  1.5 小结  13-14
第2章 六足仿生机器人腿部结构设计与步态规划  14-18
  2.1 引言  14
  2.2 腿部结构与步态整体分析  14
  2.3 腿部结构设计  14-15
  2.4 步态分析与规划  15-17
  2.5 小结  17-18
第3章 六足仿生机器人嵌入式控制系统总体设计  18-21
  3.1 引言  18
  3.2 嵌入式控制系统功能要求  18
  3.3 嵌入式控制系统开发方案设计  18-19
  3.4 嵌入式控制系统软硬件选型  19-20
    3.4.1 嵌入式微控制器  19-20
    3.4.2 嵌入式操作系统  20
  3.5 小结  20-21
第4章 六足仿生机器人主控制器与舵机控制器硬件设计  21-28
  4.1 引言  21
  4.2 主控制器  21-26
    4.2.1 主控制器核心板与扩展板  21-23
    4.2.2 主控制器相关接口模块  23-26
  4.3 舵机控制器  26-27
  4.4 小结  27-28
第5章 六足仿生机器人嵌入式控制系统软件设计  28-61
  5.1 引言  28
  5.2 嵌入式 Linux操作系统在主控制器上的移植  28-43
    5.2.1 嵌入式操作系统概述  28
    5.2.2 嵌入式 linux操作系统环境搭建  28-29
    5.2.3 U-boot的移植  29-32
    5.2.4 Linux内核移植  32-35
    5.2.5 yaffs2（ Yet Another Flash File System）根文件系统移植  35-41
    5.2.6 视频服务器与 WEB服务器移植  41-43
  5.3 硬件驱动程序开发与加载  43-48
    5.3.1 DS18B20  44-48
    Abstract  48
  5.4 嵌入式 Linux操作系统应用软件设计  48-60
    5.4.1 USB摄像头图像采集  48-53
    5.4.2 图像压缩与传输  53-55
    5.4.3 舵机控制  55-56
    5.4.4 DS18B20 温度检测与报警  56-58
    5.4.5 远程监控网页与 CGI  58-60
  5.5 小结  60-61
第6章 六足仿生机器人单元与整体测试  61-64
  6.1 引言  61
  6.2 视频检测  61
  6.3 温度检测与警报  61-63
  6.4 机器人行走与控制  63
  6.5 整体测试  63
  6.6 小结  63-64
第7章 总结与展望  64-66
  7.1 引言  64
  7.2 作者的工作  64-65
  7.3 今后的工作  65-66
参考文献  66-69
附录  69-85
  附录 Ⅰ LED驱动源码  69-71
  附录 Ⅱ 图像压缩源码  71-74
  附录 Ⅲ 图像传输源码  74-78
  附录 Ⅳ 舵机控制源码  78-82
  附录 Ⅴ 监视页面源码  82-83
  附录 Ⅵ 控制页面源码  83-85
摘要  85-87
Abstract  87-88

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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