基于嵌入式Linux變電站巡檢機器人控制系統(tǒng)的研究與應用.pdf

1、變電站巡檢機器人是國家863計劃項目，該巡檢機器人是集多傳感器融合技術(shù)、電磁兼容技術(shù)、導航及行為規(guī)劃技術(shù)、機器人視覺、語音技術(shù)、海量、穩(wěn)定的無線傳輸技術(shù)于一體的復雜系統(tǒng)。經(jīng)過現(xiàn)場的運行證明該機器人能代替(或部分代替)值班人員進行變電設備的巡檢，及時發(fā)現(xiàn)運行設備的異常、缺陷和故障，以便即時處理，保障系統(tǒng)運行的安全可靠，同時巡檢機器人具有保安和報警等功能。 機器人智能化的實現(xiàn)，是對機器人控制算法的一種體現(xiàn)。而實現(xiàn)復雜、智能化控制算法

2、的關(guān)鍵是有一套運行平臺。本文研究了嵌入式系統(tǒng)在機器人中應用的必要性，對機器人構(gòu)建嵌入式開發(fā)平臺，從而有助于軟硬件的獨立開發(fā)，并實現(xiàn)復雜的控制算法。 本課題主要研究和實現(xiàn)了基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的變電站巡檢機器人控制系統(tǒng)。首先介紹了系統(tǒng)采用的PC104硬件開發(fā)平臺，然后介紹了嵌入式Linux作為系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺的優(yōu)點，由于Linux本身所具有的開放性、穩(wěn)定性、高效性和強大的網(wǎng)絡功能并且是公開源碼的自由軟件，采用運行Linux

3、操作系統(tǒng)的工業(yè)控制個人計算機作為機器人控制器開發(fā)平臺是目前工業(yè)機器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向和趨勢。該方案對于降低系統(tǒng)開發(fā)生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品競爭力均有重要意義。然后詳細介紹了嵌入式Linux操作系統(tǒng)在PC104平臺上的移植過程，以及控制系統(tǒng)的主要功能模塊的實現(xiàn)，主要包括：運動控制模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和通信控制模塊。最后詳細介紹了Linux設備驅(qū)動程序開發(fā)的相關(guān)知識和運動控制模塊中所使用的PMAC運動控制卡的Linux驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)，通過該

4、驅(qū)動程序，可以實現(xiàn)對移動機器人的運動控制，從而完成變電站設備巡檢的要求。 本課題研究的主要內(nèi)容包括： (1)研究機器人系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)，了解原基于WinCE的下位機控制系統(tǒng)各個模塊和了解各個模塊之間數(shù)據(jù)的通訊方式。將開發(fā)的視覺導航模塊融入到整個系統(tǒng)之中。 (2)研究嵌入式系統(tǒng)和嵌入式Linux操作系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)需求裁減Linux操作系統(tǒng)，將裁減后的系統(tǒng)移植到PC104開發(fā)板的DOC上，然后搭建宿主機—

5、開發(fā)板的程序開發(fā)環(huán)境。 (3)研究超聲傳感器測距的原理和回波干擾的原理，對機器人本體上的超聲傳感器進行合理的布局，編寫超聲傳感器測距和數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)機器人的準確停障和導航定位。 (4)研究Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核的各種機制，以及Linux操作系統(tǒng)下設備驅(qū)動程序的編寫流程，熟悉PMAC運動控制卡的硬件原理，編寫了該運動控制卡在Linux下的基于輪詢的設備驅(qū)動程序和基于Qt/Embedded的操作PMAC運動控制卡的圖形界