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嵌入式移动机器人控制与传感器系统的研究
其他题名Research on Embedded Control and Sensor System of Mobile Robot
何文浩
学位类型工学博士
导师原魁
2008-05-29
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业控制理论与控制工程
关键词移动机器人 控制与传感器系统 嵌入式系统 Fpga Mobile Robot Control And Sensor System Embedded System Fpga
摘要移动机器人控制与传感器系统通常是基于通用微处理器的系统,基于通用微处理器的系统具有易扩展、易升级的优点,但同时也具有集成度差、功耗高的缺点。基于嵌入式微处理器的系统软、硬件可裁减,系统集成度高,功耗低,已成为移动机器人控制与传感器系统的重要发展方向。本文在国家863项目“新型高性能低功耗通用机器人控制与传感器系统”的资助下,研究并设计了一套高性能、低功耗的机器人嵌入式控制与传感器系统。本文的研究内容主要包括以下几个方面: 1、首先回顾了移动机器人的发展历程,对移动机器人的应用背景、发展状况进行了概述。然后详细讨论了目前移动机器人控制与传感器系统的研究现状,并对移动机器人控制与传感器系统的发展趋势进行了综述。 2、针对目前移动机器人控制系统处理能力和功耗的矛盾,本文提出了一种嵌入式分布系统的解决方案;研究并设计了一种基于ARM9、DSP和FPGA多处理器,具有并行性、模块化、高性能以及低功耗等优点的嵌入式分布系统;并在系统的硬件设计中实现了多处技术创新。 3、为了提高系统软件的可靠性,本文在ARM9系统中引入了Linux 2.6操作系统;研究并分析了Linux应用在嵌入式系统上时所遇到的理论问题和关键技术。并结合本文的硬件平台,详细论述了内核引导程序的移植,内核的移植,驱动程序的设计以及根文件系统的设计等关键技术。 4、针对FPGA易实现并行、流水线结构的特点,本文结合一些现有的图像处理算法,设计了多种并行、流水线结构,给出了颜色识别算法、边缘提取算法、Hough变换提取直线算法等算法在FPGA上的硬件实现方案和性能分析。 5、为了验证本文提出的嵌入式控制与传感器系统的性能,将该系统应用在不同类型的移动机器人平台上,完成了多种实验任务,并通过对实验数据的分析得出该系统的性能指标。
其他摘要The control and sensor system of mobile robot is usually based on PC(Personal Computer) system, which is characterized by easy expansion and easy update. But it also has such disadvantages as highspace occupation and high power consumption. Supported by “New High-Performance and Low Power Consumption General Robot Control and Sensor System”, a 863 National High-tech Project, we have developed an embedded control and sensor system with the above mentioned properties. The main contents of this dissertation are listed as follows: 1. First of all, the history, application and development of mobile robots are briefly reviewed. Main recent studies on control and sensor system of mobile robots are then addressed in details. The development trend of this system is finally presented. 2. To overcome the weakness in performance and power-consumption, an embedded and distributed system is developed, which is based on ARM9, DSP and FPGA, and characterized by parallel archetecture, modularization, high performance and low power consumption. 3. In order to improve the reliability of software, Linux 2.6 operating system is imported. Some related issues on Linux porting are discussed, and the key technologies of BootLoader porting, kernel porting, device drivers designing and file system making are also addressed in details. 4. Based on FPGA technology, parallel and pipelined architectures of Canny algorithm and Hough Transform are designed. The implementations of those architectures on FPGA are presented and the performances of these implementations are also evaluated. 5. In order to verify the performance of this embedded system, two kinds of moblie robot platform based on this system are built up, and various experiments are undertaken, whose results confirm the properties of this system.
馆藏号XWLW1195
其他标识符200518014628034
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/6085
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
何文浩. 嵌入式移动机器人控制与传感器系统的研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院研究生院,2008.
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