基于ARM9的嵌入式仿人机器人传感器系统设计-单片机

0 引 言
传感器技术是仿人机器人研究的关键技术之一。仿人机器人之所以能在已知或未知的环境中完成一定的作业功能，是因为它能够通过传感器感知外部环境信息和自身状态，获得反馈信息，实现系统的闭环控制。目前在仿人机器人中应用的传感器种类繁多，例如视觉传感器、电子罗盘、加速度计和超声波传感器等都是仿人机器人中常用的传感器。
DF-1机器人是我院自主研制的一款仿人机器人。本文首先对DF-1机器人总系统进行了介绍，然后根据DF-1机器人需要实现的功能，设计DF-1机器人的传感器系统，然后实现传感器系统的具体工作电路，利用ARM9实现了传感器系统信息的采集，最后对传感器系统的效果进行了试验验证。

1 DF-1仿人机器人简介
DF-1机器人模仿人体外形结构，利用舵机结构实现人类关节的功能，如图1所示。DF-1身长45 cm，共设有17个自由度，具体分配为：踝关节2×2=4个自由度，膝关节2×1=2个自由度，胯关节2×2=4个自由度，肩关节2×2=4个自由度，肘关节2×1=2个自由度，头部1个自由度。DF-1机器人内部采用ARM9微处理器，主要用来完成信息的融合、决策和规划等任务。DF-1机器人已经能够实现的功能有步行、做俯卧撑、上楼梯、打太极拳，这些功能的实现是建立在：DF-1机器人具有良好机械结构基础上的，通过人工调试，设定具体程序完成的。为提高机器人动作的稳定性，实现DF-1机器人的智能控制，需要对机器人配置传感器系统，使机器人能够感知自身状态和外界环境。

2 传感器系统设计
DF-1机器人的胸腔部位安装了三个超声传感器，分别用来测量机器人正前、左前和右前方向的障碍物。在该传感器系统中，采用了ARM9微处理器作为信息的采集、数据预处理和通信单元。由于超声波传感器存在多次反射问题，在超声波相对应的位置安装了三个红外测距传感器用来解决这一问题。传感器系统获取的信息采用定长字节格式通过RS 232接口传送给上位机。传感器系统的基本结构如图1所示。