基于ARM9的嵌入式仿人機器人傳感器系統設計

0 引 言
傳感器技術是仿人機器人研究的關鍵技術之一。仿人機器人之所以能在已知或未知的環境中完成一定的作業功能，是因為它能夠通過傳感器感知外部環境信息和自身狀態，獲得反饋信息，實現系統的閉環控制。目前在仿人機器人中應用的傳感器種類繁多，例如視覺傳感器、電子羅盤、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機器人總系統進行了介紹，然后根據DF-1機器人需要實現的功能，設計DF-1機器人的傳感器系統，然后實現傳感器系統的具體工作電路，利用ARM9實現了傳感器系統信息的采集，最后對傳感器系統的效果進行了試驗驗證。

1 DF-1仿人機器人簡介
DF-1機器人模仿人體外形結構，利用舵機結構實現人類關節的功能，如圖1所示。DF-1身長45 cm，共設有17個自由度，具體分配為：踝關節2×2=4個自由度，膝關節2×1=2個自由度，胯關節2×2=4個自由度，肩關節2×2=4個自由度，肘關節2×1=2個自由度，頭部1個自由度。DF-1機器人內部采用ARM9微處理器，主要用來完成信息的融合、決策和規劃等任務。DF-1機器人已經能夠實現的功能有步行、做俯臥撐、上樓梯、打太極拳，這些功能的實現是建立在：DF-1機器人具有良好機械結構基礎上的，通過人工調試，設定具體程序完成的。為提高機器人動作的穩定性，實現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和外界環境。

2 傳感器系統設計
DF-1機器人的胸腔部位安裝了三個超聲傳感器，分別用來測量機器人正前、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題，在超聲波相對應的位置安裝了三個紅外測距傳感器用來解決這一問題。傳感器系統獲取的信息采用定長字節格式通過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。