畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于移動網(wǎng)絡(luò)控制機器人的設(shè)計與實現(xiàn)1.docVIP

畢業(yè)設(shè)計論文i基于移動網(wǎng)絡(luò)控制機器人的設(shè)計與實現(xiàn)摘要機器人在現(xiàn)代化生產(chǎn)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(chǎn)環(huán)境中解放出來。機器人技術(shù)是一門綜合性的科學(xué)，涉及到計算機、通信、傳感技術(shù)、機械結(jié)構(gòu)、人工智能等多門學(xué)科。因此，機器人技術(shù)在一定程度上反應(yīng)了一個國家的整體技術(shù)水平。遙控和網(wǎng)絡(luò)控制機器人有著更加廣泛的應(yīng)用。通過網(wǎng)絡(luò)，人們可以忽略人和機器人的空間距離，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，這在生產(chǎn)實踐中有著重大的意義?，F(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣，永遠(yuǎn)在線的特點，可讓我們隨時隨地對機器人進(jìn)行遠(yuǎn)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(qū)動手臂上的MG945舵機，達(dá)到控制手臂的目的。關(guān)鍵詞：ARM9嵌入式平臺,GSM/GPRSModem，ATMEGA168單片機，6自由度機械臂，遠(yuǎn)程控制畢業(yè)設(shè)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(shè)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(xiàn)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(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展.11.2遙控機器人的研究現(xiàn)狀與存在問題.21.3課題的意義與任務(wù).2第2章移動網(wǎng)絡(luò)簡介.42.1GSM短信服務(wù).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(yuǎn)程控制的原理.9第4章遙控系統(tǒng)的硬件設(shè)計.114.1遠(yuǎn)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(zhuǎn)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(shè)計.205.1ARM9嵌入式系統(tǒng)程序開發(fā).20畢業(yè)設(shè)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(shè)計.255.2.1程序設(shè)計流程.255.2.2短信發(fā)送程序的編譯及調(diào)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(shè)計流程.335.3.2程序調(diào)試.355.4機械臂控制程序設(shè)計.38第6章結(jié)束語.40參考文獻(xiàn).41致謝.42畢業(yè)設(shè)計論文v圖錄圖2-1SMS體系結(jié)構(gòu).4圖3-1基于移動網(wǎng)絡(luò)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(wù)流程圖.13圖4-6RS232接口.13圖4-7RS232轉(zhuǎn)TTL電平.14圖4-8AVR單片機基本組成結(jié)構(gòu).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(zhuǎn)角的關(guān)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(shè)計論文1第1章緒論1.1機器人研究的歷史、現(xiàn)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(fù)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(wù)，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(jìn)步和任務(wù)的復(fù)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(jù)周圍的環(huán)境和自身的實際狀態(tài)，結(jié)合任務(wù)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(shù)進(jìn)行信息的整合，進(jìn)而完成任務(wù)。1.1.2機器人技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展現(xiàn)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(wù)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(nóng)、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(jìn)、水下推進(jìn)等。目前，在機器人技術(shù)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(jìn)行了移動機器人的越野實驗。90年代以后，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的NavLab系列的室外移動機器人又向著實用性方面前進(jìn)了一大步。日本的機器人技術(shù)方面非常先進(jìn)，尤其是在仿人機器人方面最為先進(jìn)，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(yù)測技術(shù)提前改變重心。我國的機器人研究起步較晚，但經(jīng)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(dá)到了國際先進(jìn)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(dǎo)航系統(tǒng)，可以進(jìn)行簡單的口令控制；清華大學(xué)的THMR-V自動駕駛小車，自由畢業(yè)設(shè)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(jié)構(gòu)化環(huán)境移動機器人，可以在非常復(fù)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(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，探索新的高強度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載自重比，同時機構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展；（2）機器人控制技術(shù)，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(jìn)一步提高機器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問題解決的關(guān)鍵；（4）機器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，是機器人自主技術(shù)的基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)大范圍類機器人的控制；（5）多智能體調(diào)控技術(shù)；（6）微型和小型機器人；（7）仿人仿生技術(shù)，這是理想中的機器人所具有的技術(shù)，目前進(jìn)展不大。1.2遙控機器人的研究現(xiàn)狀與存在問題在機器人所涉及的各種技術(shù)中，控制技術(shù)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(jìn)行協(xié)調(diào)。這就要求機器人確定自身與周圍環(huán)境位置關(guān)系，還涉及到導(dǎo)航、自動控制路徑規(guī)劃、定位、多傳感器融合等技術(shù)。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(jìn)一步發(fā)展。遙控需要數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)保證實時性和可靠性。在遠(yuǎn)程監(jiān)控時，由于網(wǎng)絡(luò)的延時，和數(shù)據(jù)在傳輸中可能的丟失問題，會導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此設(shè)計控制系統(tǒng)時要考慮這方面的問題，但在目前的網(wǎng)絡(luò)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。可擴展性強的機器人可以重復(fù)應(yīng)用于不同的環(huán)境，并根據(jù)需要添加不同的功能。1.3課題的意義與任務(wù)遙控機器人是研究的一個熱點。無線遙控技術(shù)應(yīng)用于機器人可以提高其遠(yuǎn)程控制能力。本課題設(shè)計