在足球机器人控制中的应用设计.pdf

LPC2106 在足球机器人控制中的应用设计

来源:单片机及嵌入式系统应用作者:大连理工大学关慧贞刘赞魏永王兰兰
摘要:足球机器人融合了计算机视觉、模式识别、决策对策、自动控制、无线通信、多智能体合作等多项技
术,具有极高的研究价值。本文设计了基于 ARM7 微处理器的集中视觉足球机器人底层控制系统,简化了系
统设计,满足微型机器人的控制需要。同时,也有利于足球机器人自主化的转型和发展。
关键词:足球机器人嵌入式系统 LPC2106 ARM7 PTR2000
以应用为中心的嵌入式系统,已经深入到生活的各个方面。相对于其它领域,智能机器人系统可以说是嵌入式
系统应用最典型、最广泛的领域之一。本文对嵌入式系统在足够机器人底层控制系统中的应用进行研究和设
计。
1 足球机器人系统
足球机器人是计算机视觉、模式识别、决策对策、自动控制、无线通信、智能体设计与电力传动、多智能体合
作等多项技术的结合体,是一个典型的智能机器人系统。足球机器人比赛集高科技、娱乐、竞技于一体,虽历
时不长,但已经成为国际上广泛开展的高技术对抗活动,引起社会广泛的关注。研究与开发足球机器人系统,
参加机器人足球赛是研究智能机器人,跟踪国际高科技理论技术的理想切入点,同时也是嵌入式计算机系统理
论联系实际的极富生命力的成长点。
从国内外的比赛情况来看,目前主要是集中视觉的足球机器人比赛。如图 1 所示,在整个比赛中,视觉系统通
D 摄像头和图像采集卡对场上情景进行实时采集和处理,把辨识结果送给决策系统,通过无线发射器向
车体系统发出一系列控制命令。机器人根据主机命令做出反应,在场上运动,同时能通过译码器进行位置控制
以及基于传感器进行自动避障和简单识别环境。
通常足球机器人系统可以划分为机器人(车体)子系统、通信子系统、视觉子系统和决策子系统四个部分,通
过计算机视觉子系统闭环而构成智能决策和控制系统(如图 2)。从图 2 中可以看到,足球机器人车体是整个
系统的执行机构,它直接体现了整个系统的性能。小车的性能主要由车体性能与车载嵌入式控制系统——微型
足球机器人底层控制系统决定。当小车车体具有了良好的运动性能后,小车的性能就由车载嵌入式系统决定
了。因此构建一个快速、安全、可靠的实时嵌入式系统是整个系统的关键。
2 系统设计和实现
系统任务
通过无线通信系统接受决策子系统传来的控制指令;根据运动指令控制小车左右轮转速;通过传感器判断场上
环境信息,辅助机器人定位及运动。
微处理器选型
传统的微处理器如 51、96 系列应用于机器人系统,虽然开发周期短,成本低,但其实时性不好,复杂的控制
算法难以实现;另外,增加的外围电路数据转换速度慢,使机器人的性能得不到充分的发挥。高速 DSP 的出
现虽然使得系统模块化和全数字化,但其开发套件成本高。与 DSP 具有同等性能的 ARM 微处理器资源丰
富,具有很好的通用性,其主要技术优点是高性能、低价格、低功耗,可以广泛的应用于各个领域,因此将
ARM 应用于机器人控制系统不失为一种好的策略。
LPC2106 是飞利浦带有一个支持实时仿真和跟踪的 ARM7TDMI-S 微处理器,嵌入 128KB 高速 Flash 存储器。
采用 3 级流水线技术,