基于ARM的嵌入式服务机器人控制器的研究

　　1 引言

　　随着人口老龄化进程的加快，更多老年人，尤其是地震和疾病致残的残疾人，都需要照顾。基于此，这里提出一种基于ARM的嵌入式服务机器人控制系统设计。该服务机器人的控制系统是机器人的神经中枢，因而其设计是机器人研究的核心。该控制系统通常以MCU、 DSP等为核心，采用上、下位机二级分布式结构。其中上位机一般为PC机，下位机为单片机或DSP等微控制器。但随着移动机器人的智能化，控制方法的发展，所需计算量增大，一般的单片机等处理器很难完成控制要求。而基于ARM的嵌入式服务机器人的控制器采用分层与模块化结构，充分体现可扩展性、可移植性的设计原则.同时具有低成本、低功耗、体积小巧、可靠性高、智能化高以及通用性等特点。

　　2 系统整体结构设计

　　图1为嵌入式控制系统的软硬件层次结构。　　

　　嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可剪裁，适用于应用系统，对功能、可靠性、成本、体积，功耗要求严格的专用计算机系统。嵌入式系统总体可划分为硬件和软件两部分。硬件由微处理器和外围的接口电路组成，同时还包括传感器及驱动器接口和被控对象(机械装置);而软件一般由实时操作系统及其运行的应用软件构成。其应用软件的功能层由基于RTOS的应用程序组成，用来控制被控对象。

　　3 系统硬件设计

　　服务机器人控制系统的硬件平台设计至关重要。首先它是用户控制逻辑的具体执行者，服务机器人的各种控制功能必须通过硬件实现;其次它也是实时控制系统软件移植和运行的硬件环境。这里采用部件模块化，接口标准化，互换性、扩展性好，可靠性高的硬件设计原则。

　　服务机器人控制系统主要用于实现控制服务机器人的导航、启动、停车、运行控制、路径规划、安全监控、远程控制计算机通讯及语音识别等功能。该控制系统主要由主控、导引、驱动、通讯、安全与辅助、语音识别、液晶触摸屏以及电源管理等单元组成。图2为其功能结构框图。　　

　　嵌入式处理器是整个硬件系统的核心元件，其性能好坏直接决定整个系统的运行效果，所提供功能的强弱直接决定嵌入式应用的适应范围和开发复杂度。嵌入式处理器一般具备以下特点：支持实时多任务操作系统;具有强存储区保护功能;处理器结构可扩展;功耗低。图3为基于ARM9的嵌入式系统的服务机器从主控制器模块结构。　　

　　选用三星公司ARM9系列的S3C2410处理器作为服务机器人的控制CPU，在嵌入式系统μC/OS-II下实现机器人控制。S3C2410处理器采用 ARM920T内核，5级流水线指令结构，片内锁相环，内部时钟可达200 MHz，因此可用来进行复杂控制算法，提高控制精度。S3C2410有117个I/O口和24个外部中断源，内部具有丰富的接口控制器，如：USB控制器、DMA控制器、UART控制器、I2C控制器等，这样可简化外围电路，同时其内部时钟可达200 MHz，高性能指令集及可与C语言交叉汇编使其能完成复杂运算，提高服务机器人控制的实时性。