畢業(yè)設計（論文）-基于移動網絡控制機器人的設計與實現1.doc

畢業(yè)設計論文i基于移動網絡控制機器人的設計與實現摘要機器人在現代化生產過程中有著重要的作用，可以減低勞動了強度，提高效率，并可以把人們從危險惡劣的生產環(huán)境中解放出來。機器人技術是一門綜合性的科學，涉及到計算機、通信、傳感技術、機械結構、人工智能等多門學科。因此，機器人技術在一定程度上反應了一個國家的整體技術水平。遙控和網絡控制機器人有著更加廣泛的應用。通過網絡，人們可以忽略人和機器人的空間距離，實現遠程操控，這在生產實踐中有著重大的意義?，F有的移動網絡具有覆蓋范圍廣，永遠在線的特點，可讓我們隨時隨地對機器人進行遠程控制。本論文使用有6自由度的機械手臂，在ARM9嵌入式開發(fā)板上，用GSM模塊發(fā)送控制指令，再通過接收端的GSM模塊把信號傳輸給小車的ATMEGA168主控芯片，然后驅動手臂上的MG945舵機，達到控制手臂的目的。關鍵詞：ARM9嵌入式平臺,GSM/GPRSModem，ATMEGA168單片機，6自由度機械臂，遠程控制畢業(yè)設計論文iiThedesignandimplementationofcontrollingrobotbasedonthemobilenetworkAbstractRobotinmodernproductionplaysanimportantroleinreducingintensityoflabor,increasingefficiencyofmanufacturing,andliberatingpeoplefromthedangerousproductionenvironment.Roboticsisanintegratedscience,involvingthecomputer,communications,sensortechnology,mechanicalstructure,artificialintelligenceandotherdisciplines.Therefore,therobottechnologyreflectsacountrysoveralltechnologicalleveltosomeextent.Theremoteandnetworkcontrolrobothaswiderapplications.Throughthenetwork,peoplecanignorethedistanceandthespacebetweenthemandrobotstoimplementremotecontrol,whichisgreatsignificantintheproduction.Existingmobilenetworkhaswidecoverage,always-onlinefeatures,allowingustoremotelycontroltherobotatanytime.Thisprojectaimstocontrola6-DOFroboticarm.ThecontrolcommandsaregeneratedontheARM9developmentboardwithaGSMmoduleembeddedandsenttotheATMEGA168controlchipofthevehiclethroughthenetworkbyusinganotherGSMmoduletoreceivethesignal.ThereceivedcommendsareusedtodriveservoMG945tocontrolthearm.KeyWords:ARM9embeddedplatform；GSM/GPRSModem；ATMEGA168MCU；6-DOFmanipulator；RemoteControl畢業(yè)設計論文iii目錄摘要.iAbstract.ii第1章緒論.11.1機器人研究的歷史、現狀及發(fā)展趨勢.11.1.1機器人的發(fā)展歷程.11.1.2機器人技術的現狀和發(fā)展.11.2遙控機器人的研究現狀與存在問題.21.3課題的意義與任務.2第2章移動網絡簡介.42.1GSM短信服務.4第3章遙控系統(tǒng)的開發(fā).63.1嵌入式系統(tǒng).63.2無線通信方式的選擇.83.2.1無線通信方式的要求.83.2.2無線通信方式的選擇.83.3遠程控制的原理.9第4章遙控系統(tǒng)的硬件設計.114.1遠程控制平臺.114.2GSM/GPRS通信模塊.124.2.1發(fā)送端.124.2.2接收端.124.3RS-232串行接口及MAX232電平轉換電路.134.4ATmega168單片機.144.4.1ATmega168簡介.144.4.2最小系統(tǒng).174.5控制伺服電機.17第5章遙控系統(tǒng)的軟件設計.205.1ARM9嵌入式系統(tǒng)程序開發(fā).20畢業(yè)設計論文iv5.1.1軟件系統(tǒng)開發(fā)邏輯圖.205.1.2宿主機開發(fā)環(huán)境的建立.205.1.3NFS的配置.215.1.4交叉編譯環(huán)境的建立.235.2GPRS通信程序設計.255.2.1程序設計流程.255.2.2短信發(fā)送程序的編譯及調試過程.295.2.3短信接收過程.315.2.4單片機指令的提取過程.325.3UART串口通信程序.335.3.1程序設計流程.335.3.2程序調試.355.4機械臂控制程序設計.38第6章結束語.40參考文獻.41致謝.42畢業(yè)設計論文v圖錄圖2-1SMS體系結構.4圖3-1基于移動網絡控制機械臂的系統(tǒng)原理圖.10圖4-1SemitARM9200開發(fā)板實物圖及接口示意圖.11圖4-2SemitARM9200開發(fā)板核心板.11圖4-3GSM/GPRSmodem功能示意圖.12圖4-4SIM卡電路示意圖.13圖4-5短信服務流程圖.13圖4-6RS232接口.13圖4-7RS232轉TTL電平.14圖4-8AVR單片機基本組成結構.15圖4-9ATmega168最小系統(tǒng)原理.17圖4-10MG945舵機.18圖4-11舵機的工作原理示意圖.18圖4-12控制信號脈沖寬度與輸出軸轉角的關系圖.19圖5-1軟件系統(tǒng)開發(fā)邏輯圖.20圖5-2交叉編譯環(huán)境.21畢業(yè)設計論文1第1章緒論1.1機器人研究的歷史、現狀及發(fā)展趨勢1.1.1機器人的發(fā)展歷程自60年代初，第一臺工業(yè)機器人的誕生至今，機器人的發(fā)展大概可以分為三個階段：（1）第一階段：機器人只能按照事先編寫的程序不斷重復完成規(guī)定動作，顯然是不夠靈活的，很多情況下不能滿足要求。（2）第二階段：可以有一臺或多臺主機控制，運行不同的程序，完成多種任務，以一種機器人就可以在工業(yè)上大展拳腳了。（3）第三階段：科技的進步和任務的復雜性大幅度的增加，要求機器人擁有很強的自主能力，第二階段的機器人就顯得不能滿足要求了，于是就有了智能機器人。智能機器人具有模擬的人類的感覺器官及大腦，可以根據周圍的環(huán)境和自身的實際狀態(tài)，結合任務要求，采取不同的行動及作業(yè)方式。智能機器人要通過傳感器獲得環(huán)境信息，用人工智能技術進行信息的整合，進而完成任務。1.1.2機器人技術的現狀和發(fā)展現在的機器人一般都具有一定的智能功能，按其智能化程度可分為外部受控機器人（本實驗中的機械手）、半自主式機器人和全自主式機器人。從其功能上分類可分為工業(yè)機器人和娛樂服務機器人。按照機器人的工作場合的不同，又分為水下機器人，空間機器人和農、林、牧、醫(yī)機器人等。按其運動方式可分為輪式移動機器人、步行移動機器人、履帶式機器人、爬行機器人和空氣推進、水下推進等。目前，在機器人技術上美國，西歐和日本走在各國的前面，1987年美國人工智能中心首次進行了移動機器人的越野實驗。90年代以后，美國卡內基梅隆大學的NavLab系列的室外移動機器人又向著實用性方面前進了一大步。日本的機器人技術方面非常先進，尤其是在仿人機器人方面最為先進，本田公司的仿人機器人ASIMO，身高1.2m，體重52kg，行走速度為0-1.6kg/h。ASIMO的行走可以比早期的機器人更加靈活，可以通過預測技術提前改變重心。我國的機器人研究起步較晚，但經過一大批科研單位和高校的努力取得了一批可喜的成績，有些達到了國際先進行列。如中科院開發(fā)的我國第一代智能輪椅平臺，具有超聲、紅外等多傳感器融合的導航系統(tǒng)，可以進行簡單的口令控制；清華大學的THMR-V自動駕駛小車，自由畢業(yè)設計論文2行走于一定的環(huán)境中；哈工大的迎賓機器人具有無纜行走、自動壁障、語音識別等功能；中科院沈陽自動化研究所研制的基于非結構化環(huán)境移動機器人，可以在非常復雜的環(huán)境中使用，等等。目前，機器人的研究朝著智能化多樣化發(fā)展，主要集中在以下方面：（1）工業(yè)機器人操作機結構的優(yōu)化設計技術，探索新的高強度輕質材料，進一步提高負載自重比，同時機構向著模塊化、可重構方向發(fā)展；（2）機器人控制技術，重點研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中；（3）多傳感系統(tǒng)，為進一步提高機器人的智能和適應性，多種傳感器的使用是其問題解決的關鍵；（4）機器人遙控及監(jiān)控技術，是機器人自主技術的基礎，通過網絡實現大范圍類機器人的控制；（5）多智能體調控技術；（6）微型和小型機器人；（7）仿人仿生技術，這是理想中的機器人所具有的技術，目前進展不大。1.2遙控機器人的研究現狀與存在問題在機器人所涉及的各種技術中，控制技術最為重要。在機器人的發(fā)展中，機器人逐步朝智能化發(fā)展，其特點是機器人自主獲得外部信息，進行協(xié)調。這就要求機器人確定自身與周圍環(huán)境位置關系，還涉及到導航、自動控制路徑規(guī)劃、定位、多傳感器融合等技術。但是機器人的智能化的遙控程度和靈活程度并不高，有待進一步發(fā)展。遙控需要數據交換系統(tǒng)保證實時性和可靠性。在遠程監(jiān)控時，由于網絡的延時，和數據在傳輸中可能的丟失問題，會導致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此設計控制系統(tǒng)時要考慮這方面的問題，但在目前的網絡環(huán)境中還不可避免。另外，機器人的可擴展性是影響機器人潛力發(fā)揮的重要因素，也是保證低成本和高性能的前提?？蓴U展性強的機器人可以重復應用于不同的環(huán)境，并根據需要添加不同的功能。1.3課題的意義與任務遙控機器人是研究的一個熱點。無線遙控技術應用于機器人可以提高其遠程控制能力。本課題設計