本文關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)在服務(wù)機(jī)器人中的研究與應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái),隨著機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,機(jī)器人的應(yīng)用逐漸從工業(yè)領(lǐng)域向著服務(wù)領(lǐng)域擴(kuò)展,其工作環(huán)境逐漸從結(jié)構(gòu)環(huán)境向著非結(jié)構(gòu)環(huán)境擴(kuò)展。服務(wù)機(jī)器人可以完成人員陪伴、家庭護(hù)理以及醫(yī)療助理等服務(wù)性工作,它對(duì)于應(yīng)對(duì)我國(guó)社會(huì)老齡化問(wèn)題具有潛在的重大意義。然而,服務(wù)機(jī)器人在社會(huì)、市場(chǎng)上的推廣和普及依然存在著許多問(wèn)題,其中比較突出的問(wèn)題是其功耗過(guò)高以及人機(jī)交互缺乏人性化。本文以電子科技大學(xué)機(jī)器人研究中心自主研制的服務(wù)機(jī)器人SRU(Service Robot of UESTC)為研究對(duì)象,詳細(xì)闡述了其底層控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程:從實(shí)際功能需求分析入手,提出其底層控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo);而后對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)以及嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的工作原理進(jìn)行了研究并完成了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的移植;之后以現(xiàn)有的條件為出發(fā)點(diǎn),對(duì)SRU的底層控制系統(tǒng)的功能和任務(wù)進(jìn)行劃分,包括了其運(yùn)動(dòng)功能、數(shù)據(jù)通信功能以及語(yǔ)音交互功能,設(shè)計(jì)了其軟件框架以及每個(gè)功能任務(wù)所使用的數(shù)據(jù)包格式,并對(duì)各個(gè)任務(wù)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn);最后在SRU平臺(tái)上對(duì)所設(shè)計(jì)的底層控制軟件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。具體包括以下幾個(gè)方面的工作:(1)以μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在Cortex-M3內(nèi)核上的移植文件為基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)Cortex-M4的內(nèi)核架構(gòu)以及μC/OS-III實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行研究后,完成了μC/OS-III在基于Cortex-M4內(nèi)核架構(gòu)的STM32F407微控制器上的移植工作,并對(duì)移植結(jié)果進(jìn)行了測(cè)試;(2)以已經(jīng)移植成功的μC/OS-III為基礎(chǔ),在對(duì)輕量級(jí)TCP/IP協(xié)議棧LwIP的工作原理進(jìn)行研究后,在LwIP提供的驅(qū)動(dòng)程序框架文件下完成了以太網(wǎng)物理芯片DP83848的驅(qū)動(dòng)程序的編制,并完成了其操作系統(tǒng)模擬層的移植工作。從而完成LwIP協(xié)議棧在μC/OS-III上的移植,并對(duì)移植結(jié)果進(jìn)行了測(cè)試;(3)在以上工作的基礎(chǔ)上,以SRU現(xiàn)有的條件為出發(fā)點(diǎn),把它的功能分為了三個(gè)大塊,即數(shù)據(jù)通信功能、語(yǔ)音交互功能以及運(yùn)動(dòng)功能,并對(duì)各個(gè)功能進(jìn)一步細(xì)化為多個(gè)任務(wù),然后設(shè)計(jì)了整個(gè)底層控制系統(tǒng)的框架以及各個(gè)任務(wù)所需的數(shù)據(jù)包格式,并對(duì)各個(gè)任務(wù)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。最后基于LabWindows/CVI集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,完成了SRU的上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),并對(duì)所設(shè)計(jì)的底層控制軟件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,主要包括了上位機(jī)控制測(cè)試以及語(yǔ)音控制測(cè)試。
【關(guān)鍵詞】：服務(wù)機(jī)器人 嵌入式系統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) LwIP 控制系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 課題研究背景及來(lái)源11-12
• 1.2 服務(wù)機(jī)器人概述12-17
• 1.2.1 服務(wù)機(jī)器人的定義12
• 1.2.2 服務(wù)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3 嵌入式系統(tǒng)概述17-20
• 1.3.1 嵌入式系統(tǒng)的定義及其分類(lèi)17
• 1.3.2 嵌入式操作系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀17-20
• 1.4 本文的主要工作及貢獻(xiàn)20
• 1.5 本文的結(jié)構(gòu)安排20-21
• 第二章 服務(wù)機(jī)器人SRU介紹及需求分析21-30
• 2.1 SRU的整體結(jié)構(gòu)21-24
• 2.2 SRU的功能及需求分析24-29
• 2.2.1 功能分析24-25
• 2.2.2 需求分析25-29
• 2.3 本章小結(jié)29-30
• 第三章 服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)軟件構(gòu)建30-51
• 3.1 STM32F407的內(nèi)核架構(gòu)31-35
• 3.1.1 Cortex-M4的通用寄存器31-32
• 3.1.2 Cortex-M4的FPU寄存器32-33
• 3.1.3 Cortex-M4的堆棧33-34
• 3.1.4 Cortex-M4的棧幀(Stack Frame)34-35
• 3.1.5 Cortex-M4的PendSV異常35
• 3.2 μC/OS-III的工作原理35-41
• 3.2.1 任務(wù)管理36-39
• 3.2.2 任務(wù)調(diào)度39-40
• 3.2.3 任務(wù)間的同步與通信40
• 3.2.4 時(shí)鐘管理40-41
• 3.3 μC/OS-III的移植41-47
• 3.3.1 μC/OS-III的移植條件及文件結(jié)構(gòu)41-42
• 3.3.2 μC/OS-III的移植過(guò)程42-47
• 3.4 μC/OS-III移植結(jié)果測(cè)試47-50
• 3.4.1 時(shí)間準(zhǔn)確度測(cè)試47-49
• 3.4.2 任務(wù)調(diào)度測(cè)試49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第四章 服務(wù)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)功能構(gòu)建51-68
• 4.1 輕量級(jí)TCP/IP協(xié)議棧LwIP52-55
• 4.1.1 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理52
• 4.1.2 數(shù)據(jù)包管理52-54
• 4.1.3 TCP數(shù)據(jù)處理54-55
• 4.1.4 LwIP的應(yīng)用程序接口55
• 4.2 LwIP在 μC/OS-III上的移植55-64
• 4.2.1 DP83848驅(qū)動(dòng)程序56-60
• 4.2.2 宏定義及數(shù)據(jù)類(lèi)型重定義60-61
• 4.2.3 操作系統(tǒng)模擬層61-63
• 4.2.4 LwIP協(xié)議棧的初始化配置63-64
• 4.3 LwIP移植測(cè)試64-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用軟件構(gòu)建68-83
• 5.1 底層應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)68-77
• 5.1.1 任務(wù)規(guī)劃68-69
• 5.1.2 底層應(yīng)用軟件的框架設(shè)計(jì)69-71
• 5.1.3 任務(wù)實(shí)現(xiàn)71-77
• 5.2 語(yǔ)音交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)77-81
• 5.2.1 語(yǔ)音識(shí)別模塊的硬件78-79
• 5.2.2 語(yǔ)音識(shí)別模塊的功能實(shí)現(xiàn)79-81
• 5.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試81-82
• 5.3.1 TCP數(shù)據(jù)控制81
• 5.3.2 語(yǔ)音數(shù)據(jù)控制81-82
• 5.4 本章小結(jié)82-83
• 第六章 上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)83-89
• 6.1 上位機(jī)工程目錄結(jié)構(gòu)83-84
• 6.2 面板設(shè)計(jì)84-86
• 6.2.1 上位機(jī)主面板84-85
• 6.2.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)置子面板85
• 6.2.3 串口設(shè)置子面板85
• 6.2.4 演示子面板85-86
• 6.2.5 配置文件子面板86
• 6.3 回調(diào)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)86-88
• 6.4 本章小結(jié)88-89
• 第七章 總結(jié)與展望89-91
• 7.1 總結(jié)89
• 7.2 展望89-91
• 致謝91-92
• 參考文獻(xiàn)92-95
• 附錄A PendSV_Handler異常響應(yīng)函數(shù)95-97
• 附錄B TCP數(shù)據(jù)接收函數(shù)97-101
• 附錄C 上位機(jī)中部分函數(shù)列表101-103
• 攻碩期間的研究成果103-104

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1 ;2001恩格爾伯格機(jī)器人獎(jiǎng)?lì)C布[J];機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用;2001年05期

2 ;神奇的機(jī)器人世界[J];機(jī)電新產(chǎn)品導(dǎo)報(bào);2001年Z5期

3 宋樹(shù)藩;采用機(jī)器人的有效自動(dòng)化[J];世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng);2001年06期

4 ;創(chuàng)造出色的機(jī)器人[J];個(gè)人電腦;2003年04期

5 ;危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人——人類(lèi)的好幫手——訪國(guó)家863機(jī)器人技術(shù)主題專(zhuān)家組專(zhuān)家戴先中教授[J];機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用;2003年03期

6 小才;;機(jī)器人時(shí)代[J];電腦愛(ài)好者;2006年13期

7 宋海宏;;機(jī)器人技術(shù)展望[J];山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào);2006年04期

8 董煬斌;蔣靜坪;何衍;;一種基于雙令牌的多機(jī)器人協(xié)作策略研究[J];計(jì)算機(jī)工程;2007年12期

9 王國(guó)奎;劉彥波;;草方格鋪設(shè)機(jī)器人綜合、高效控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];科技咨詢導(dǎo)報(bào);2007年20期

10 陳秀珍;潘拓;;21世紀(jì)初機(jī)器人技術(shù)的走向[J];中國(guó)設(shè)備工程;2007年11期

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1 楊朝虹;張海珠;;機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[A];先進(jìn)制造技術(shù)論壇暨第五屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2006年

2 王明輝;王楠;李斌;;面向?yàn)?zāi)難救援的機(jī)器人控制站系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)第十二屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

3 郭戈;王燕;王偉;;一種多機(jī)器人協(xié)作方法[A];第二十屆中國(guó)控制會(huì)議論文集（下）[C];2001年

4 崔世鋼;邴志剛;彭商賢;王玉東;;基于遠(yuǎn)程腦概念的服務(wù)機(jī)器人開(kāi)發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究[A];先進(jìn)制造技術(shù)論壇暨第二屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2003年

5 楊瑩;丁X;許侃;;國(guó)際機(jī)器人科學(xué)知識(shí)前沿演化的可視化分析[A];科學(xué)學(xué)理論與科學(xué)計(jì)量學(xué)探索——全國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)暨科學(xué)學(xué)理論與學(xué)科建設(shè)2008年聯(lián)合年會(huì)論文集[C];2008年

6 唐矯燕;趙群飛;黃杰;楊汝清;;基于兩足步行椅機(jī)器人的人在環(huán)中的助殘機(jī)器人控制系統(tǒng)[A];第二十六屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2007年

7 薛頌東;曾建潮;杜靜;;具運(yùn)動(dòng)學(xué)特性約束的群機(jī)器人目標(biāo)搜索[A];2009中國(guó)控制與決策會(huì)議論文集（2）[C];2009年

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10 吳國(guó)盛;李云霞;李驪;;一種基于極坐標(biāo)系下的機(jī)器人動(dòng)態(tài)避碰算法[A];2006中國(guó)控制與決策學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

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1 冬冬;看看自動(dòng)化機(jī)器人在包裝業(yè)中能起多大作用[N];中國(guó)包裝報(bào);2005年

2 莽九晨　周之然;有感“機(jī)器人道德法”[N];人民日?qǐng)?bào);2007年

3 記者 陳琳;機(jī)器人總動(dòng)員[N];第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào);2010年

4 記者 孫亞斐;千余支隊(duì)伍攜機(jī)器人亮相金城[N];蘭州日?qǐng)?bào);2011年

5 崔鑫;機(jī)器人也能和您一起下廚[N];北京科技報(bào);2012年

6 特約記者 楊保國(guó);中國(guó)科大“藍(lán)鷹”稱(chēng)雄機(jī)器人世界杯[N];大眾科技報(bào);2007年

7 本報(bào)記者　 陳淑娟;機(jī)器人走近生活[N];計(jì)算機(jī)世界;2006年

8 虎虎;科學(xué)好玩（三）[N];四川科技報(bào);2007年

9 孫潛彤;新松公司：在機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域顯身手[N];經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào);2008年

10 財(cái)宣邋Q孟推，

本文編號(hào)：392252