基于ARM9的嵌入式仿人機(jī)器人傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引 言
傳感器技術(shù)是仿人機(jī)器人研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。仿人機(jī)器人之所以能在已知或未知的環(huán)境中完成一定的作業(yè)功能，是因?yàn)樗軌蛲ㄟ^傳感器感知外部環(huán)境信息和自身狀態(tài)，獲得反饋信息，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。目前在仿人機(jī)器人中應(yīng)用的傳感器種類繁多，例如視覺傳感器、電子羅盤、加速度計(jì)和超聲波傳感器等都是仿人機(jī)器人中常用的傳感器。
DF-1機(jī)器人是我院自主研制的一款仿人機(jī)器人。本文首先對DF-1機(jī)器人總系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，然后根據(jù)DF-1機(jī)器人需要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)DF-1機(jī)器人的傳感器系統(tǒng)，然后實(shí)現(xiàn)傳感器系統(tǒng)的具體工作電路，利用ARM9實(shí)現(xiàn)了傳感器系統(tǒng)信息的采集，最后對傳感器系統(tǒng)的效果進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 DF-1仿人機(jī)器人簡介
DF-1機(jī)器人模仿人體外形結(jié)構(gòu)，利用舵機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)人類關(guān)節(jié)的功能，如圖1所示。DF-1身長45 cm，共設(shè)有17個(gè)自由度，具體分配為：踝關(guān)節(jié)2×2=4個(gè)自由度，膝關(guān)節(jié)2×1=2個(gè)自由度，胯關(guān)節(jié)2×2=4個(gè)自由度，肩關(guān)節(jié)2×2=4個(gè)自由度，肘關(guān)節(jié)2×1=2個(gè)自由度，頭部1個(gè)自由度。DF-1機(jī)器人內(nèi)部采用ARM9微處理器，主要用來完成信息的融合、決策和規(guī)劃等任務(wù)。DF-1機(jī)器人已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有步行、做俯臥撐、上樓梯、打太極拳，這些功能的實(shí)現(xiàn)是建立在：DF-1機(jī)器人具有良好機(jī)械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的，通過人工調(diào)試，設(shè)定具體程序完成的。為提高機(jī)器人動作的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)DF-1機(jī)器人的智能控制，需要對機(jī)器人配置傳感器系統(tǒng)，使機(jī)器人能夠感知自身狀態(tài)和外界環(huán)境。

2 傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)
DF-1機(jī)器人的胸腔部位安裝了三個(gè)超聲傳感器，分別用來測量機(jī)器人正前、左前和右前方向的障礙物。在該傳感器系統(tǒng)中，采用了ARM9微處理器作為信息的采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理和通信單元。由于超聲波傳感器存在多次反射問題，在超聲波相對應(yīng)的位置安裝了三個(gè)紅外測距傳感器用來解決這一問題。傳感器系統(tǒng)獲取的信息采用定長字節(jié)格式通過RS 232接口傳送給上位機(jī)。傳感器系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。