基于多dsp并行处理的自主移动机器人系统

技术领域

本发明涉及通用的移动机器人控制系统,特别涉及基于多DSP(数字信号处理器)并行处理的自主移动机器人系统。

背景技术

移动机器人是机器人学中的一个重要分支,它是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合智能控制系统。一个完整的移动机器人系统通常由三个部分组成:移动机构、感知系统和控制系统。移动机构是机器人的载体,决定机器人的运动空间,有步行机构、轮式机构、履带式机构和混合机构等几种。感知系统一般采用CCD摄像机、激光测距仪、超声传感器、接触和接近传感器、红外线传感器和雷达定位传感器、全球定位传感器(GPS)等。移动机器人控制系统相当于人的大脑和神经系统,它综合感知系统获取的环境信息并控制移动机构产生相应的动作。

以往的移动机器人系统基本上都是采用以下两种结构:一是早期的移动机器人采用的结构(见图1),如原西德产的HERO型移动机器人(参见《机器人》杂志第23卷第1期)。这种结构中机器人传感器信号处理和移动机构的伺服控制采用单片机系统来完成,机器人的规划和决策由上层计算机实现,上层计算机和下层模块的通信采用RS232串行通信方式。这种结构的优点是成本低,结构简单,主要缺点是信号处理和运算能力差,只能实现点对点的通信且通信速率低,难以适应动态环境尤其是未知动态环境的要求。近年来移动机器人的设计中开始采用一种基于多台计算机的系统结构(见图2),如清华大学研制的THMR-V型移动机器人(参见《机器人》杂志第23卷第6期)。该结构中每一个控制模块均包括一台计算机(工控机或PC机),各个计算机之间通过局域网(一般为以太网)相连。这种结构的优点是处理能力强,主要缺点是体积大、笨重,而且耗电量大,难以适应采用电池供电的移动机器人低能耗的要求,同时其高成本的特点也极大地限制了移动机器人应用领域的推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用多个DSP并行处理的自主移动机器人系统,可分别独立完成移动机器人的伺服控制、传感器信号处理、自主避障、路径规划等任务。

为实现上述目的,一种基于多数字信号处理器并行处理的自主移动机器人系统,包括:与超声传感器相连的超声测距数字信号处理器系统,用于接收和处理超声传感器信号,实现自主移动机器人的测距;与移动机构和红外传感器相连的避障及伺服控制数字信号处理器系统,用于接收和处理红外传感器信号,以便控制移动机构并实现移动机器人的伺服控制和自主避障;与定位传感器相连的路径规划数字信号处理器系统,用于接收和处理定位传感器信号,实现移动机器人的路径规划;上述三个互相独立的数字信号处理器之间及三个相互独立的数字信号处理器与上层控制计算机之间通过控制器局部网路总线连成控制器局部网络。

本发明在具备高速数据处理能力和实时数据通信能力的基础上,大大缩小了机器人移动系统的尺寸,减小了能源消耗,降低了移动机器人的整体成本,具备了小批量生产的条件,有利于拓展移动机器人的应用领域。

附图说明

图1为采用单片机系统作为移动机器人控制模块的系统结构;图2为采用多计算机系统作为移动机器人控制模块的系统结构;图3为采用多DSP并行处理的自主移动机器人系统系统结构。

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