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

【摘要】：近年來,隨著機器人相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,機器人的應(yīng)用逐漸從工業(yè)領(lǐng)域向著服務(wù)領(lǐng)域擴展,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)境擴展。服務(wù)機器人可以完成人員陪伴、家庭護理以及醫(yī)療助理等服務(wù)性工作,它對于應(yīng)對我國社會老齡化問題具有潛在的重大意義。然而,服務(wù)機器人在社會、市場上的推廣和普及依然存在著許多問題,其中比較突出的問題是其功耗過高以及人機交互缺乏人性化。本文以電子科技大學機器人研究中心自主研制的服務(wù)機器人SRU(Service Robot of UESTC)為研究對象,詳細闡述了其底層控制系統(tǒng)實現(xiàn)的全過程:從實際功能需求分析入手,提出其底層控制系統(tǒng)的實現(xiàn)目標;而后對嵌入式實時操作系統(tǒng)以及嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的工作原理進行了研究并完成了嵌入式實時操作系統(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,對SRU的底層控制系統(tǒng)的功能和任務(wù)進行劃分,包括了其運動功能、數(shù)據(jù)通信功能以及語音交互功能,設(shè)計了其軟件框架以及每個功能任務(wù)所使用的數(shù)據(jù)包格式,并對各個任務(wù)進行了實現(xiàn);最后在SRU平臺上對所設(shè)計的底層控制軟件進行了實驗驗證。具體包括以下幾個方面的工作:(1)以μC/OS-II實時操作系統(tǒng)在Cortex-M3內(nèi)核上的移植文件為基礎(chǔ),通過對Cortex-M4的內(nèi)核架構(gòu)以及μC/OS-III實時操作系統(tǒng)的工作原理進行研究后,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,并對移植結(jié)果進行了測試;(2)以已經(jīng)移植成功的μC/OS-III為基礎(chǔ),在對輕量級TCP/IP協(xié)議棧LwIP的工作原理進行研究后,在LwIP提供的驅(qū)動程序框架文件下完成了以太網(wǎng)物理芯片DP83848的驅(qū)動程序的編制,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,并對移植結(jié)果進行了測試;(3)在以上工作的基礎(chǔ)上,以SRU現(xiàn)有的條件為出發(fā)點,把它的功能分為了三個大塊,即數(shù)據(jù)通信功能、語音交互功能以及運動功能,并對各個功能進一步細化為多個任務(wù),然后設(shè)計了整個底層控制系統(tǒng)的框架以及各個任務(wù)所需的數(shù)據(jù)包格式,并對各個任務(wù)進行了實現(xiàn)。最后基于LabWindows/CVI集成開發(fā)環(huán)境,完成了SRU的上位機監(jiān)控軟件的設(shè)計與實現(xiàn),并對所設(shè)計的底層控制軟件進行了實驗驗證,主要包括了上位機控制測試以及語音控制測試。
【關(guān)鍵詞】：服務(wù)機器人 嵌入式系統(tǒng) 實時操作系統(tǒng) LwIP 控制系統(tǒng)
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 課題研究背景及來源11-12
• 1.2 服務(wù)機器人概述12-17
• 1.2.1 服務(wù)機器人的定義12
• 1.2.2 服務(wù)機器人的研究現(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20
• 1.5 本文的結(jié)構(gòu)安排20-21
• 第二章 服務(wù)機器人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的移植過程42-47
• 3.4 μC/OS-III移植結(jié)果測試47-50
• 3.4.1 時間準確度測試47-49
• 3.4.2 任務(wù)調(diào)度測試49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第四章 服務(wù)機器人網(wǎng)絡(luò)功能構(gòu)建51-68
• 4.1 輕量級TCP/IP協(xié)議棧LwIP52-55
• 4.1.1 動態(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)動程序56-60
• 4.2.2 宏定義及數(shù)據(jù)類型重定義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移植測試64-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 服務(wù)機器人應(yīng)用軟件構(gòu)建68-83
• 5.1 底層應(yīng)用軟件的設(shè)計與實現(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69-71
• 5.1.3 任務(wù)實現(xiàn)71-77
• 5.2 語音交互系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)77-81
• 5.2.1 語音識別模塊的硬件78-79
• 5.2.2 語音識別模塊的功能實現(xiàn)79-81
• 5.3 實驗測試81-82
• 5.3.1 TCP數(shù)據(jù)控制81
• 5.3.2 語音數(shù)據(jù)控制81-82
• 5.4 本章小結(jié)82-83
• 第六章 上位機監(jiān)控軟件的設(shè)計與實現(xiàn)83-89
• 6.1 上位機工程目錄結(jié)構(gòu)83-84
• 6.2 面板設(shè)計84-86
• 6.2.1 上位機主面板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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10 財宣邋Q孟推，

本文編號：392252