基于A(yíng)RM9的嵌入式仿人機器人傳感器系統設計

0 引 言
傳感器技術(shù)是仿人機器人研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。仿人機器人之所以能在已知或未知的環(huán)境中完成一定的作業(yè)功能，是因為它能夠通過(guò)傳感器感知外部環(huán)境信息和自身狀態(tài)，獲得反饋信息，實(shí)現系統的閉環(huán)控制。目前在仿人機器人中應用的傳感器種類(lèi)繁多，例如視覺(jué)傳感器、電子羅盤(pán)、加速度計和超聲波傳感器等都是仿人機器人中常用的傳感器。
DF-1機器人是我院自主研制的一款仿人機器人。本文首先對DF-1機器人總系統進(jìn)行了介紹，然后根據DF-1機器人需要實(shí)現的功能，設計DF-1機器人的傳感器系統，然后實(shí)現傳感器系統的具體工作電路，利用ARM9實(shí)現了傳感器系統信息的采集，最后對傳感器系統的效果進(jìn)行了試驗驗證。

1 DF-1仿人機器人簡(jiǎn)介
DF-1機器人模仿人體外形結構，利用舵機結構實(shí)現人類(lèi)關(guān)節的功能，如圖1所示。DF-1身長(cháng)45 cm，共設有17個(gè)自由度，具體分配為：踝關(guān)節2×2=4個(gè)自由度，膝關(guān)節2×1=2個(gè)自由度，胯關(guān)節2×2=4個(gè)自由度，肩關(guān)節2×2=4個(gè)自由度，肘關(guān)節2×1=2個(gè)自由度，頭部1個(gè)自由度。DF-1機器人內部采用ARM9微處理器，主要用來(lái)完成信息的融合、決策和規劃等任務(wù)。DF-1機器人已經(jīng)能夠實(shí)現的功能有步行、做俯臥撐、上樓梯、打太極拳，這些功能的實(shí)現是建立在：DF-1機器人具有良好機械結構基礎上的，通過(guò)人工調試，設定具體程序完成的。為提高機器人動(dòng)作的穩定性，實(shí)現DF-1機器人的智能控制，需要對機器人配置傳感器系統，使機器人能夠感知自身狀態(tài)和外界環(huán)境。

2 傳感器系統設計
DF-1機器人的胸腔部位安裝了三個(gè)超聲傳感器，分別用來(lái)測量機器人正前、左前和右前方向的障礙物。在該傳感器系統中，采用了ARM9微處理器作為信息的采集、數據預處理和通信單元。由于超聲波傳感器存在多次反射問(wèn)題，在超聲波相對應的位置安裝了三個(gè)紅外測距傳感器用來(lái)解決這一問(wèn)題。傳感器系統獲取的信息采用定長(cháng)字節格式通過(guò)RS 232接口傳送給上位機。傳感器系統的基本結構如圖1所示。