專利名稱：一種分布式多傳感器移動機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，涉及一種移動機(jī)器人控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
移動機(jī)器人是機(jī)器人研究的重要領(lǐng)域，它是一個包括環(huán)境感知、規(guī)劃 與決策、控制與執(zhí)行等多種功能的綜合智能控制系統(tǒng)。通常移動機(jī)器人包 括移動機(jī)構(gòu)、感知系統(tǒng)和主控系統(tǒng)三個部分。移動機(jī)構(gòu)是機(jī)器人的載體， 決定機(jī)器人的運動空間，有步行機(jī)構(gòu)、輪式機(jī)構(gòu)、履帶式機(jī)構(gòu)等；感知系 統(tǒng)有CCD攝像頭、激光測距儀、超聲傳感器、接觸傳感器、接近傳感器、 紅外傳感器、雷達(dá)定位傳感器、全球定位傳感器等；主控系統(tǒng)相當(dāng)于機(jī)器 人的大腦，它綜合感知系統(tǒng)獲取的環(huán)境信息以控制移動機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的動 作。
以往的移動機(jī)器人系統(tǒng)大多是以PC104或嵌入式計算機(jī)為主控制系 統(tǒng)，負(fù)責(zé)完成機(jī)器人的規(guī)劃與決策，其移動機(jī)構(gòu)和感知系統(tǒng)由單片機(jī)來實 現(xiàn)，它們之間采用串口來實現(xiàn)通信。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢主要是結(jié)構(gòu)簡單，成 本較低，但是單片機(jī)系統(tǒng)的信號處理和運算能力有限，通信速率較低，不 能處理比較復(fù)雜的傳感器信號，尤其是視覺信號，這使得機(jī)器人的整體響 應(yīng)速度難以提高，從而不能滿足復(fù)雜環(huán)境下的工作要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種以DMSoC雙 核處理器搭建上層控制部，并和底層控制部的多個DSP單元通過CAN總 線連成局部網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)的移動機(jī)器人平臺，將機(jī)器人的傳 感器信號處理、伺服控制、規(guī)劃與決策等任務(wù)實現(xiàn)并行處理，為此本發(fā)明 提出一種分布式多傳感器移動機(jī)器人系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種分布式多傳感器移動機(jī)器人系統(tǒng)，包上層控制部，采用DMSoC雙核(DSP+ARM)處理器和定制的嵌入式系 統(tǒng)構(gòu)架實現(xiàn)，具有一個語音接口、 一個視覺接口和一個CAN總線連接端 口；底層控制部包括語音傳感器、視覺傳感器、超聲傳感器、紅外傳感 器和接近傳感器，光電碼盤，移動機(jī)構(gòu)，定點運動DSP單元、漫游DSP 單元、避障DSP單元和定位及伺服DSP單元組成，其中超聲傳感器、 紅外傳感器和接近傳感器分別與相對應(yīng)的定點運動DSP單元、漫游DSP 單元、避障DSP單元串聯(lián)連接；光電碼盤和移動機(jī)構(gòu)與定位及伺服DSP 單元并聯(lián)連接；定點運動DSP單元、漫游DSP單元、避障DSP單元和定 位及伺服DSP單元分別配置一個CAN總線連接端口 ;上層控制部和底層 控制部的定點運動DSP單元、漫游DSP單元、避障DSP單元和定位及伺 服DSP單元通過CAN總線連接端口連接到CAN總線，通過CAN總線相 連實現(xiàn)局部網(wǎng)絡(luò)通信，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。
其中，上層控制部的DMSoC雙核處理器和定制的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架實 現(xiàn)，包括一DSP內(nèi)核與底層控制部的語音傳感器和視覺傳感器，負(fù)責(zé)處 理底層控制部的視覺、語音傳感器信息；一ARM內(nèi)核一端與DSP內(nèi)核單 元相連，ARM內(nèi)核另一端分別與人機(jī)接口和CAN總線連接端口相連，負(fù) 責(zé)信息綜合、定位導(dǎo)航、外部通信、任務(wù)調(diào)度和控制決策；一 CAN總線 連接端口實現(xiàn)上層控制部的CAN總線連接，用于與底層控制部進(jìn)行CAN 總線通信。 一人機(jī)接口用于接收外部用戶的控制指令和顯示機(jī)器人當(dāng)前的 運行狀態(tài)。
其中，底層控制部的各DSP單元采用并行處理方式。 其中，底層控制部包括
語音傳感器和視覺傳感器與上層控制部的DSP內(nèi)核相連，用于采集機(jī)
器人環(huán)境的語音和視覺信息，并傳輸給DSP內(nèi)核進(jìn)行處理；超聲傳感器與
定點運動DSP單元相連，用于采集機(jī)器人環(huán)境的超聲信息，并傳輸給定點 運動DSP單元；紅外傳感器與漫游DSP單元相連，用于采集機(jī)器人環(huán)境 的紅外信息，并傳輸給漫游DSP單元；接近傳感器與避障DSP單元相連，
用于采集機(jī)器人與周圍物體的距離信息，并傳輸給避障DSP單元；光電碼
盤與定位及伺服DSP單元相連，用于確定機(jī)器人運動的角位移信息，并傳輸給定位及伺服DSP單元；移動機(jī)構(gòu)與定位及伺服DSP單元相連，用于 根據(jù)定位與伺服DSP單元的控制命令實現(xiàn)機(jī)器人的具體運動；定點運動
DSP單元與超聲傳感器和CAN總線相連，從超聲傳感器接收超聲信息， 通過CAN總線從漫游DSP單元接收紅外信息、從避障DSP單元接收與環(huán) 境中障礙物的距離信息，對超聲、紅外、距離信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，并根據(jù) 上層控制部給出的機(jī)器人位置和目標(biāo)點信息，規(guī)劃出一條自由路徑，把運 動路徑通過CAN總線發(fā)送給定位及伺服DSP單元，實現(xiàn)機(jī)器人的定點運 動；漫游DSP單元與紅外傳感器和CAN總線相連，從紅外傳感器接收紅 外信息，通過CAN總線從避障DSP單元接收與環(huán)境中障礙物的距離信息， 通過局部路徑規(guī)劃，實現(xiàn)機(jī)器人的漫游行為，漫游動作命令通過CAN總 線發(fā)送給定位及伺服DSP單元，紅外信息通過CAN總線發(fā)送給定點運動 DSP單元；避障DSP單元與接近傳感器和CAN總線相連，從接近傳感器 接收與環(huán)境中障礙物的距離信息，通過動態(tài)避障算法實現(xiàn)機(jī)器人動態(tài)避 障，避障動作命令通過CAN總線發(fā)送給定位及伺服DSP單元,與環(huán)境中障 礙物的距離信息通過CAN總線發(fā)送給定點運動DSP單元和漫游DSP單 元；定位及伺服DSP單元與光電碼盤和CAN總線相連，定位模塊從光電 碼盤接收機(jī)器人的角位移信息以實現(xiàn)粗定位，并根據(jù)通過CAN總線接收 的其他DSP單元的傳感器信息實現(xiàn)精確定位；伺服模塊通過自適應(yīng)模糊 PID控制實現(xiàn)機(jī)器人驅(qū)動輪的伺服控制，控制命令發(fā)送給移動機(jī)構(gòu)執(zhí)行。
本發(fā)明為了提高移動機(jī)器人的運算處理能力，可以采用分布式的定制 嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)機(jī)器人控制。嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁剪， 適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的系統(tǒng)。對移動機(jī) 器人的各個單元采用定制的嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)，可以針對不同單元的特點 定制最合適的軟硬件實現(xiàn)。各個單元以分布式的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)并行處理，通過 高速通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)局部控制網(wǎng)絡(luò)，從而可以極大地提高系統(tǒng)的運算能力， 其靈活的結(jié)構(gòu)使得機(jī)器人系統(tǒng)的成本和功耗都很容易控制。本發(fā)明采用定 制的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架和高性能專用DMSoC處理器構(gòu)建上層控制部，采用 多個DSP單元組成底層控制部，各單元可以實現(xiàn)并行處理，并通過高速可 靠的CAN總線實現(xiàn)局部網(wǎng)絡(luò)通信，系統(tǒng)具備高速數(shù)據(jù)處理能力和實時數(shù) 據(jù)通信能力，實現(xiàn)同時減小了移動機(jī)器人平臺的體積，降低了系統(tǒng)的功耗和成本，提高了移動機(jī)器人系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，有利于拓展移動機(jī)器人的應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明移動機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)圖2為本發(fā)明移動機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明技術(shù)方案中所涉及的各個細(xì)節(jié)問題。應(yīng) 指出的是，所描述的實施例僅旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何 限定作用。
請參閱圖1本發(fā)明移動機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)圖，圖中是基于分布式結(jié)構(gòu) 的多傳感器移動機(jī)器人系統(tǒng)采用分層體系結(jié)構(gòu)，把機(jī)器人控制系統(tǒng)分為四
層任務(wù)協(xié)調(diào)層、行為規(guī)劃層、信息感知層和運動控制層。
任務(wù)協(xié)調(diào)層和行為規(guī)劃層構(gòu)成上層控制，通過對傳感器感知的環(huán)境信 息和機(jī)器人的運行狀態(tài)全局信息的分析和推理，有效實施對底層控制中各 功能模塊的任務(wù)調(diào)度和故障處理，以保證移動機(jī)器人整體運行的高效性和 可靠性。信息感知層和運動控制層構(gòu)成底層控制，分別完成光電碼盤、接 近、紅外、超聲、語音、視覺等傳感器信號的處理以及運動控制、定位、 避障、漫游、定點運動、識別跟蹤、語音命令處理等功能。
具體地說，任務(wù)協(xié)調(diào)層與控制中心或者其他機(jī)器人進(jìn)行交互，接受指 定的任務(wù)并根據(jù)一定的調(diào)度策略進(jìn)行任務(wù)協(xié)調(diào)，最后把任務(wù)進(jìn)行分解并傳 送到行為規(guī)劃層；信息感知層根據(jù)碼盤、接近傳感器、紅外傳感器、超聲 傳感器、視覺傳感器和語音傳感器等感知外界環(huán)境和機(jī)器人的運動狀態(tài)， 并把處理后的信息傳送給行為規(guī)劃層；行為規(guī)劃層根據(jù)從任務(wù)協(xié)調(diào)層接收 到的任務(wù)和從信息感知層接收的傳感器信息進(jìn)行分析推理和信息綜合，然 后把要執(zhí)行的任務(wù)分解為具體的行為控制命令，并傳送到運動控制層；運 動控制層根據(jù)行為規(guī)劃層發(fā)送的行為控制命令，控制移動機(jī)器人的運動執(zhí) 行機(jī)構(gòu)實現(xiàn)指定方式的運動，同時通過碼盤把自身的運動狀態(tài)傳送給信息 感知層。 _
對應(yīng)于機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)的分層設(shè)計思想，機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)分為上層控制部1和底層控制部2，兩者之間通過CAN總線實現(xiàn)局部網(wǎng) 絡(luò)通信，其中底層控制部2又由多個DSP單元組成，請參閱圖2，下面介 紹本發(fā)明移動機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括
上層控制部1，采用DMSoC雙核(DSP+ARM)處理器和定制的嵌入式 系統(tǒng)構(gòu)架實現(xiàn)，具有一個語音接口、 一個視覺接口和一個CAN總線連接 端口；底層控制部2包括語音傳感器、視覺傳感器、超聲傳感器、紅外 傳感器和接近傳感器，光電碼盤，移動機(jī)構(gòu)，定點運動DSP單元、漫游 DSP單元、避障DSP單元和定位及伺服DSP單元組成，其中超聲傳感 器、紅外傳感器和接近傳感器分別與相對應(yīng)的定點運動DSP單元、漫游 DSP單元、避障DSP單元串聯(lián)連接；光電碼盤和移動機(jī)構(gòu)與定位及伺服 DSP單元并聯(lián)連接；定點運動DSP單元、漫游DSP單元、避障DSP單元 和定位及伺服DSP單元分別配置一個CAN總線連接端口；上層控制部1 和底層控制部2的定點運動DSP單元、漫游DSP單元、避障DSP單元和 定位及伺服DSP單元通過CAN總線連接端口連接到CAN總線，通過CAN 總線相連實現(xiàn)局部網(wǎng)絡(luò)通信，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。其中底層控制部2的 多個DSP單元采用并行處理方式。
所述上層控制部l采用的DMSoC雙核(DSP+ARM)處理器，包括一 DSP內(nèi)核與底層控制部2的語音傳感器和視覺傳感器相連，負(fù)責(zé)處理底層 控制部2采集的視覺、語音傳感信息；一 ARM內(nèi)核分別與DSP內(nèi)核單元 和CAN總線連接端口相連，負(fù)責(zé)信息綜合、定位導(dǎo)航、外部通信、任務(wù) 調(diào)度和控制決策；一 CAN總線連接端口實現(xiàn)上層控制部1的CAN總線連 接，用于與底層控制部2進(jìn)行CAN總線通信； 一人機(jī)接口用于接收外部 用戶的控制指令和顯示機(jī)器人當(dāng)前的運行狀態(tài)。
所述底層控制部2包括語音傳感器和視覺傳感器與上層控制部1的 DSP內(nèi)核相連，用于將采集機(jī)器人環(huán)境的語音和視覺信息，并傳輸給DSP 內(nèi)核進(jìn)行處理；超聲傳感器與定點運動DSP單元相連，用于采集機(jī)器人環(huán) 境的超聲信息，并傳送給定點運動DSP單元；紅外傳感器與漫游DSP單 元相連，用于采集機(jī)器人環(huán)境的紅外信息，并傳輸給漫游DSP單元；接近 傳感器與避障DSP單元相連，用于采集機(jī)器人與周圍物體的距離信息，并 傳輸給避障DSP單元；光電碼盤與定位及伺服DSP單元相連，用于確定機(jī)器人運動的角位移信息，并傳輸給定位及伺服DSP單元；移動機(jī)構(gòu)與定 位及伺服DSP單元相連，用于根據(jù)定位與伺服DSP單元的控制命令實現(xiàn)
機(jī)器人的具體運動；定點運動DSP單元與超聲傳感器和CAN總線相連， 從超聲傳感器接收超聲信息，通過CAN總線從漫游DSP單元接收紅外信 息、從避障DSP單元接收與環(huán)境中障礙物的距離信息，根據(jù)各種傳感器信 息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，并根據(jù)上層控制部1給出的機(jī)器人位置和目標(biāo)點信息， 規(guī)劃出一條自由路徑，把運動路徑通過CAN總線發(fā)送給定位及伺服DSP 單元，實現(xiàn)機(jī)器人的定點運動；漫游DSP單元與紅外傳感器和CAN總線 相連，從紅外傳感器接收紅外信息，通過CAN總線從避障DSP單元接收 與環(huán)境中障礙物的距離信息，通過局部路徑規(guī)劃，實現(xiàn)機(jī)器人的漫游行為， 漫游動作通過CAN總線發(fā)送給定位及伺服DSP單元，紅外信息通過CAN 總線發(fā)送給定點運動DSP單元；避障DSP單元與接近傳感器和CAN總線 相連，從接近傳感器接收與環(huán)境中障礙物的距離信息，通過動態(tài)避障算法 實現(xiàn)機(jī)器人動態(tài)避障，避障動作通過CAN總線發(fā)送給定位及伺服DSP單 元,與環(huán)境中障礙物的距離信息通過CAN總線發(fā)送給定點運動DSP單元和 漫游DSP單元；定位及伺服DSP單元與光電碼盤和CAN總線相連，定位 模塊從光電碼盤接收機(jī)器人的角位移信息以實現(xiàn)粗定位，并根據(jù)通過CAN 總線接收的其他DSP單元的傳感器信息實現(xiàn)精確定位；伺服模塊通過自適 應(yīng)模糊PID控制實現(xiàn)機(jī)器人驅(qū)動輪的伺服控制，控制命令發(fā)送給移動機(jī)構(gòu) 執(zhí)行。
本發(fā)明的上層控制部1基于數(shù)字多媒體片上系統(tǒng)DMSoC和多DSP單 元的分布式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠并行處理包括視覺、語音、超聲、紅外、 接觸和碼盤等各種傳感器感知的環(huán)境信息。
所述數(shù)字多媒體片上系統(tǒng)DMSoC是一種功能強(qiáng)大的DSP嵌入式產(chǎn) 品，包括DSP和ARM兩個處理器核，其中DSP處理器專用于處理多媒 體信息，而ARM處理器負(fù)責(zé)外圍擴(kuò)展和計算功能。DMSoC處理器非常 適合用于搭建機(jī)器人的主控制系統(tǒng)，首先它具有較高的運算能力和豐富的 外圍接口，其次它特殊的雙核結(jié)構(gòu)中的DSP內(nèi)核可以直接實現(xiàn)視覺、語音 等復(fù)雜的多媒體信息的處理，提高了系統(tǒng)的集成度，避免了額外的多媒體 傳感器信號處理子系統(tǒng)的開發(fā)。上層控制部l由基于DMSoC雙核處理器的定制嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，其
主要功能包括三個部分 一是實現(xiàn)與用戶的人機(jī)接口，包括接受外部用戶
的控制指令和顯示機(jī)器人當(dāng)前的運行狀態(tài)；二是實現(xiàn)與其他機(jī)器人的信息 交互，以便于在多機(jī)器人環(huán)境中實現(xiàn)機(jī)器人團(tuán)隊協(xié)調(diào)工作；三是實現(xiàn)與底 層感知系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)的通信，獲取機(jī)器人感知的環(huán)境信息和機(jī)器人的運 行狀態(tài)，通過對全局信息的分析和推理實現(xiàn)移動機(jī)器人的任務(wù)調(diào)度和故障 處理，保證機(jī)器人的可靠運行。
基于DMSoC雙核處理器的上層控制部1的另外一個重要的特點是， 由于DMSoC處理器中包含--個專用于處理媒體信息的DSP內(nèi)核，用于處 理視覺和語音傳感器信息，所以它也包括了部分底層控制部2的功能。視 覺和語音信息可以直接由專用DSP內(nèi)核進(jìn)行處理，并且不需要通過專用的 數(shù)據(jù)傳輸總線，可以極大的提高多媒體信息的處理速度。移動機(jī)器人采集 實時圖像信息可以實現(xiàn)目標(biāo)識別、目標(biāo)定位與目標(biāo)跟蹤，根據(jù)語音數(shù)據(jù)可 以執(zhí)行指定的語音命令。
底層控制部2主要功能包括釆集各種傳感器信號，為機(jī)器人運動提供 必要的環(huán)境信息以及及其熱自身的運動狀態(tài)，控制機(jī)器人的移動機(jī)構(gòu)完成 快速準(zhǔn)確的運動。具體而言，底層控制部2包括定點運動DSP單元、漫游 DSP單元、避障DSP單元、定位及伺服控制DSP系統(tǒng)。
定點運動DSP單元通過硬件中斷和輪巡采集等方法實現(xiàn)超聲傳感器 數(shù)據(jù)采集的實時性和可靠性，軟件上采用傳感器數(shù)據(jù)融合算法和容錯設(shè)計 方法保證系統(tǒng)可以達(dá)到高采集速率和高精度。通過CAN總線通信，可以 將超聲測距值以很高的通信速率可靠地發(fā)送給上層控制部1。定點運動 DSP單元根據(jù)數(shù)據(jù)融合得出的超聲傳感器信息和上層控制部1給出的機(jī)器 人位置和目標(biāo)點信息，按照某種優(yōu)化指標(biāo)，采用人工勢場法在起始點和目 標(biāo)點之間規(guī)劃出 一 條自由路徑。
漫游DSP單元用于實現(xiàn)移動機(jī)器人的漫游行為，系統(tǒng)實時采集紅外傳 感器信號， 一方面通過CAN總線通信將采集到的傳感器信號發(fā)送給機(jī)器 人的定點運動DSP單元和上層控制部1，另一方面利用采集到的紅外傳感 器信號和避障DSP單元發(fā)送來的接近傳感器信號進(jìn)行局部路徑規(guī)劃，實現(xiàn) 移動機(jī)器人的漫游行為。避障DSP單元用于實現(xiàn)移動機(jī)器人的避障行為，通過多路接近傳感器
信號采用動態(tài)避障算法實現(xiàn)，同時將采集到的接近傳感器信號通過CAN 總線發(fā)送給運動控制層中的漫游DSP單元、定點運動DSP單元和上層控 制部1。
定位及伺服控制DSP系統(tǒng)用于實現(xiàn)移動機(jī)器人的定位和馬達(dá)伺服控 制單元。定位模塊用于實時測定當(dāng)前機(jī)器人的坐標(biāo)和方位，首先根據(jù)電機(jī) 光電碼盤的輸出信息得到粗定位，然后根據(jù)定點運動DSP單元發(fā)送來的超 聲傳感器信息以及上層控制部1發(fā)送來的視覺、語音等其他信息來達(dá)到精 確定位。驅(qū)動輪的伺服控制采用自適應(yīng)模糊PID控制方法來實現(xiàn)，在誤差 較大時采用比例控制，電機(jī)快速運行，以迅速減小誤差；在誤差較小時采 用自動增益調(diào)整的PID控制，實現(xiàn)驅(qū)動輪伺服系統(tǒng)的無超調(diào)運行，以達(dá)到 移動機(jī)器人高精度、高速度運動。
上層控制部1中的DMSoC雙核處理器均采用TI公司的 TMS320DM6446，它包含一個主頻為594MHz的DSP內(nèi)核和一個主頻為 297MHz的ARM內(nèi)核，支持CCD和CMOS圖像傳感器接口以及各種視 頻信號接口，并包括4個視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器，支持音頻串行接口，處理視覺 和語音信號相當(dāng)方便。其他的外圍接口包括USB、 UART、 EMAC、 ATA、 DIO等，可以簡化外圍電路設(shè)計。
底層控制部2中的各DSP單元的處理器均采用TI公司的 TMS32020LF2407A，它是專門針對控制領(lǐng)域應(yīng)用的DSP芯片，具有高速 信號處理和數(shù)字控制功能所必需的體系機(jī)構(gòu)，其指令執(zhí)行速度高達(dá) 40MIPS，絕大部分指令可以在一個25ns的單指令周期內(nèi)完成。另外，它 還具有非常豐富的外設(shè)資源，包括ADC、 CAN、 SCI、 SPI、 DIO等等， 可以降低系統(tǒng)成本。
上層控制部1與底層控制部2之間的CAN總線通過CAN協(xié)議控制器 來實現(xiàn)。CAN協(xié)議控制器一般采用I/O總線或SPI接口與MCU進(jìn)行通信， 本發(fā)明用SJA1000實現(xiàn)CAN總線接口的擴(kuò)展。SJA1000采用24MHz的時 鐘頻率，最高數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)lMb/s，它增加了-一種新的PeliCAN工作模 式，支持具有很多新特性的CAN 2.0B協(xié)議,擴(kuò)展了可讀/寫訪問的錯誤計數(shù) 器、可編程的錯誤報警限制、驗收濾波器擴(kuò)展(4字節(jié)代碼，4字節(jié)屏蔽)、自身信息接收(自接收請求)等功能。
以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不 局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想 到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保 護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種分布式多傳感器移動機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，包括上層控制部，采用DMSoC雙核處理器和定制的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架實現(xiàn)，具有一個語音接口、一個視覺接口和一個CAN總線連接端口；底層控制部包括語音傳感器、視覺傳感器、超聲傳感器、紅外傳感器和接近傳感器，光電碼盤，移動機(jī)構(gòu)，定點運動DSP單元、漫游DSP單元、避障DSP單元和定位及伺服DSP單元組成，其中超聲傳感器、紅外傳感器和接近傳感器分別與相對應(yīng)的定點運動DSP單元、漫游DSP單元、避障DSP單元串聯(lián)連接；光電碼盤和移動機(jī)構(gòu)與定位及伺服DSP單元并聯(lián)連接；定點運動DSP單元、漫游DSP單元、避障DSP單元和定位及伺服DSP單元分別配置一個CAN總線連接端口；上層控制部和底層控制部的定點運動DSP單元、漫游DSP單元、避障DSP單元和定位及伺服DSP單元通過CAN總線連接端口連接到CAN總線，通過CAN總線相連實現(xiàn)局部網(wǎng)絡(luò)通信，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，上層控制 部的DMSoC雙核處理器和定制的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架實現(xiàn)，包括一 DSP內(nèi)核與底層控制部的語音傳感器和視覺傳感器，負(fù)責(zé)處理底層 控制部的視覺、語音傳感器信息；一 ARM內(nèi)核一端與DSP內(nèi)核單元相連，ARM內(nèi)核另一端分別與人 機(jī)接口和CAN總線連接端口相連，負(fù)責(zé)信息綜合、定位導(dǎo)航、外部通信、 任務(wù)調(diào)度和控制決策；一 CAN總線連接端口實現(xiàn)上層控制部的CAN總線連接，用于與底層 控制部進(jìn)行CAN總線通信。一人機(jī)接口用于接收外部用戶的控制指令和顯示機(jī)器人當(dāng)前的運行 狀態(tài)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，底層控制 部的各DSP單元采用并行處理方式。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的移動機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，底層控制部包括語音傳感器和視覺傳感器與上層控制部的DSP內(nèi)核相連，用于采集機(jī) 器人環(huán)境的語音和視覺信息，并傳輸給DSP內(nèi)核進(jìn)行處理；超聲傳感器與定點運動DSP單元相連，用于釆集機(jī)器人環(huán)境的超聲信息，并傳輸給定點運動DSP單元；紅外傳感器與漫游DSP單元相連，用于采集機(jī)器人環(huán)境的紅外信息，并傳輸給漫游DSP單元；接近傳感器與避障DSP單元相連，用于采集機(jī)器人與周圍物體的距離信息，并傳輸給避障DSP單元；光電碼盤與定位及伺服DSP單元相連，用于確定機(jī)器人運動的角位移信息，并傳輸給定位及伺服DSP單元；移動機(jī)構(gòu)與定位及伺服DSP單元相連，用于根據(jù)定位與伺服DSP單 元的控制命令實現(xiàn)機(jī)器人的具體運動；定點運動DSP單元與超聲傳感器和CAN總線相連，從超聲傳感器接 收超聲信息，通過CAN總線從漫游DSP單元接收紅外信息、從避障DSP 單元接收與環(huán)境中障礙物的距離信息，對超聲、紅外、距離信息進(jìn)行數(shù)據(jù) 融合，并根據(jù)上層控制部給出的機(jī)器人位置和目標(biāo)點信息，規(guī)劃出一條自 由路徑，把運動路徑通過CAN總線發(fā)送給定位及伺服DSP單元，實現(xiàn)機(jī) 器人的定點運動；漫游DSP單元與紅外傳感器和CAN總線相連，從紅外傳感器接收紅 外信息，通過CAN總線從避障DSP單元接收與環(huán)境中障礙物的距離信息， 通過局部路徑規(guī)劃，實現(xiàn)機(jī)器人的漫游行為，漫游動作命令通過CAN總 線發(fā)送給定位及伺服DSP單元，紅外信息通過CAN總線發(fā)送給定點運動 DSP單元；避障DSP單元與接近傳感器和CAN總線相連，從接近傳感器接收與 環(huán)境中障礙物的距離信息，通過動態(tài)避障算法實現(xiàn)機(jī)器人動態(tài)避障，避障 動作命令通過CAN總線發(fā)送給定位及伺服DSP單元,與環(huán)境中障礙物的距 離信息通過CAN總線發(fā)送給定點運動DSP單元和漫游DSP單元；定位及伺服DSP單元與光電碼盤和CAN總線相連，定位模塊從光電 碼盤接收機(jī)器人的角位移信息以實現(xiàn)粗定位，并根據(jù)通過CAN總線接收的其他DSP單元的傳感器信息實現(xiàn)精確定位；伺服模塊通過自適應(yīng)模糊 PID控制實現(xiàn)機(jī)器人驅(qū)動輪的伺服控制'控制命令發(fā)送給移動機(jī)構(gòu)執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明一種分布式多傳感器移動機(jī)器人系統(tǒng)，包括采用數(shù)字媒體片上系統(tǒng)DMSoC雙核處理器和定制的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架來構(gòu)建上層控制部；底層控制部由多個DSP單元組成；上層控制部與底層控制部的各個單元通過CAN總線相連，構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)機(jī)器人功能單元的并行處理。本發(fā)明采用高性能專用DMSoC處理器和定制的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架來構(gòu)建上層控制部，采用多個DSP單元組成底層控制部，各單元可以實現(xiàn)并行處理，并通過高速可靠的CAN總線實現(xiàn)局部網(wǎng)絡(luò)通信，系統(tǒng)具備高速數(shù)據(jù)處理能力和實時數(shù)據(jù)通信能力，實現(xiàn)同時減小了移動機(jī)器人平臺的體積，降低了系統(tǒng)的功耗和成本，提高了移動機(jī)器人系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，有利于拓展移動機(jī)器人的應(yīng)用。
文檔編號B25J9/16GK101612733SQ20081011561
公開日2009年12月30日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者侯增廣, 恩 李, 濤 楊, 瀟 梁, 梁自澤, 麗 蔡, 民 譚, 陳細(xì)軍, 嘉 馬 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所