畢業(yè)設(shè)計(jì)論文i基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)控制機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要機(jī)器人在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中有著重要的作用，可以減低勞動(dòng)了強(qiáng)度，提高效率，并可以把人們從危險(xiǎn)惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中解放出來(lái)。機(jī)器人技術(shù)是一門(mén)綜合性的科學(xué)，涉及到計(jì)算機(jī)、通信、傳感技術(shù)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、人工智能等多門(mén)學(xué)科。因此，機(jī)器人技術(shù)在一定程度上反應(yīng)了一個(gè)國(guó)家的整體技術(shù)水平。遙控和網(wǎng)絡(luò)控制機(jī)器人有著更加廣泛的應(yīng)用。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，人們可以忽略人和機(jī)器人的空間距離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，這在生產(chǎn)實(shí)踐中有著重大的意義?，F(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣，永遠(yuǎn)在線的特點(diǎn)，可讓我們隨時(shí)隨地對(duì)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。本論文使用有6自由度的機(jī)械手臂，在ARM9嵌入式開(kāi)發(fā)板上，用GSM模塊發(fā)送控制指令，再通過(guò)接收端的GSM模塊把信號(hào)傳輸給小車的ATMEGA168主控芯片，然后驅(qū)動(dòng)手臂上的MG945舵機(jī)，達(dá)到控制手臂的目的。關(guān)鍵詞：ARM9嵌入式平臺(tái),GSM/GPRSModem，ATMEGA168單片機(jī)，6自由度機(jī)械臂，遠(yuǎn)程控制畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)論文iii目錄摘要.iAbstract.ii第1章緒論.11.1機(jī)器人研究的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).11.1.1機(jī)器人的發(fā)展歷程.11.1.2機(jī)器人技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展.11.2遙控機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與存在問(wèn)題.21.3課題的意義與任務(wù).2第2章移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介.42.1GSM短信服務(wù).4第3章遙控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā).63.1嵌入式系統(tǒng).63.2無(wú)線通信方式的選擇.83.2.1無(wú)線通信方式的要求.83.2.2無(wú)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(jì).114.1遠(yuǎn)程控制平臺(tái).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(jī).144.4.1ATmega168簡(jiǎn)介.144.4.2最小系統(tǒng).174.5控制伺服電機(jī).17第5章遙控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).205.1ARM9嵌入式系統(tǒng)程序開(kāi)發(fā).20畢業(yè)設(shè)計(jì)論文iv5.1.1軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)邏輯圖.205.1.2宿主機(jī)開(kāi)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(jì).255.2.1程序設(shè)計(jì)流程.255.2.2短信發(fā)送程序的編譯及調(diào)試過(guò)程.295.2.3短信接收過(guò)程.315.2.4單片機(jī)指令的提取過(guò)程.325.3UART串口通信程序.335.3.1程序設(shè)計(jì)流程.335.3.2程序調(diào)試.355.4機(jī)械臂控制程序設(shè)計(jì).38第6章結(jié)束語(yǔ).40參考文獻(xiàn).41致謝.42畢業(yè)設(shè)計(jì)論文v圖錄圖2-1SMS體系結(jié)構(gòu).4圖3-1基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)控制機(jī)械臂的系統(tǒng)原理圖.10圖4-1SemitARM9200開(kāi)發(fā)板實(shí)物圖及接口示意圖.11圖4-2SemitARM9200開(kāi)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(jī)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(jī).18圖4-11舵機(jī)的工作原理示意圖.18圖4-12控制信號(hào)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(kāi)發(fā)邏輯圖.20圖5-2交叉編譯環(huán)境.21畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1第1章緒論1.1機(jī)器人研究的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.1.1機(jī)器人的發(fā)展歷程自60年代初，第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的誕生至今，機(jī)器人的發(fā)展大概可以分為三個(gè)階段：（1）第一階段：機(jī)器人只能按照事先編寫(xiě)的程序不斷重復(fù)完成規(guī)定動(dòng)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(tái)或多臺(tái)主機(jī)控制，運(yùn)行不同的程序，完成多種任務(wù)，以一種機(jī)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(jī)器人擁有很強(qiáng)的自主能力，第二階段的機(jī)器人就顯得不能滿足要求了，于是就有了智能機(jī)器人。智能機(jī)器人具有模擬的人類的感覺(jué)器官及大腦，可以根據(jù)周圍的環(huán)境和自身的實(shí)際狀態(tài)，結(jié)合任務(wù)要求，采取不同的行動(dòng)及作業(yè)方式。智能機(jī)器人要通過(guò)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(jī)器人技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展現(xiàn)在的機(jī)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(jī)器人（本實(shí)驗(yàn)中的機(jī)械手）、半自主式機(jī)器人和全自主式機(jī)器人。從其功能上分類可分為工業(yè)機(jī)器人和娛樂(lè)服務(wù)機(jī)器人。按照機(jī)器人的工作場(chǎng)合的不同，又分為水下機(jī)器人，空間機(jī)器人和農(nóng)、林、牧、醫(yī)機(jī)器人等。按其運(yùn)動(dòng)方式可分為輪式移動(dòng)機(jī)器人、步行移動(dòng)機(jī)器人、履帶式機(jī)器人、爬行機(jī)器人和空氣推進(jìn)、水下推進(jìn)等。目前，在機(jī)器人技術(shù)上美國(guó)，西歐和日本走在各國(guó)的前面，1987年美國(guó)人工智能中心首次進(jìn)行了移動(dòng)機(jī)器人的越野實(shí)驗(yàn)。90年代以后，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的NavLab系列的室外移動(dòng)機(jī)器人又向著實(shí)用性方面前進(jìn)了一大步。日本的機(jī)器人技術(shù)方面非常先進(jìn)，尤其是在仿人機(jī)器人方面最為先進(jìn)，本田公司的仿人機(jī)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(jī)器人更加靈活，可以通過(guò)預(yù)測(cè)技術(shù)提前改變重心。我國(guó)的機(jī)器人研究起步較晚，但經(jīng)過(guò)一大批科研單位和高校的努力取得了一批可喜的成績(jī)，有些達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)行列。如中科院開(kāi)發(fā)的我國(guó)第一代智能輪椅平臺(tái)，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(jiǎn)單的口令控制；清華大學(xué)的THMR-V自動(dòng)駕駛小車，自由畢業(yè)設(shè)計(jì)論文2行走于一定的環(huán)境中；哈工大的迎賓機(jī)器人具有無(wú)纜行走、自動(dòng)壁障、語(yǔ)音識(shí)別等功能；中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制的基于非結(jié)構(gòu)化環(huán)境移動(dòng)機(jī)器人，可以在非常復(fù)雜的環(huán)境中使用，等等。目前，機(jī)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(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展；（2）機(jī)器人控制技術(shù)，重點(diǎn)研究開(kāi)放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語(yǔ)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(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問(wèn)題解決的關(guān)鍵；（4）機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，是機(jī)器人自主技術(shù)的基礎(chǔ)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)大范圍類機(jī)器人的控制；（5）多智能體調(diào)控技術(shù)；（6）微型和小型機(jī)器人；（7）仿人仿生技術(shù)，這是理想中的機(jī)器人所具有的技術(shù)，目前進(jìn)展不大。1.2遙控機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與存在問(wèn)題在機(jī)器人所涉及的各種技術(shù)中，控制技術(shù)最為重要。在機(jī)器人的發(fā)展中，機(jī)器人逐步朝智能化發(fā)展，其特點(diǎn)是機(jī)器人自主獲得外部信息，進(jìn)行協(xié)調(diào)。這就要求機(jī)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(dòng)控制路徑規(guī)劃、定位、多傳感器融合等技術(shù)。但是機(jī)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(shí)時(shí)性和可靠性。在遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)，和數(shù)據(jù)在傳輸中可能的丟失問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)要考慮這方面的問(wèn)題，但在目前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中還不可避免。另外，機(jī)器人的可擴(kuò)展性是影響機(jī)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?？蓴U(kuò)展性強(qiáng)的機(jī)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(jī)器人是研究的一個(gè)熱點(diǎn)。無(wú)線遙控技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人可以提高其遠(yuǎn)程控制能力。本課題設(shè)計(jì)