嵌入式處理器是整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心元件，其性能好壞直接決定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果，所提供功能的強(qiáng)弱直接決定嵌入式應(yīng)用的適應(yīng)范圍和開發(fā)復(fù)雜度。嵌入式處理器一般具備以下特點(diǎn)：支持實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)；具有強(qiáng)存儲區(qū)保護(hù)功能；處理器結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展；功耗低。圖3為基于arm9的嵌入式系統(tǒng)的服務(wù)機(jī)器從主控制器模塊結(jié)構(gòu)。

　　選用三星公司ARM9系列的S3C2410處理器作為服務(wù)機(jī)器人的控制CPU，在嵌入式系統(tǒng)μC／OS-II下實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制。S3C2410處理器采用 arm920T內(nèi)核，5級流水線指令結(jié)構(gòu)，片內(nèi)鎖相環(huán)，內(nèi)部時(shí)鐘可達(dá)200 MHz，因此可用來進(jìn)行復(fù)雜控制算法，提高控制精度。S3C2410有117個(gè)I／O口和24個(gè)外部中斷源，內(nèi)部具有豐富的接口控制器，如：USB控制器、DMA控制器、UART控制器、I2C控制器等，這樣可簡化外圍電路，同時(shí)其內(nèi)部時(shí)鐘可達(dá)200 MHz，高性能指令集及可與C語言交叉匯編使其能完成復(fù)雜運(yùn)算，提高服務(wù)機(jī)器人控制的實(shí)時(shí)性。

　　arm處理器模塊通過兩個(gè)RS-232串口分別與傳感器模塊、伺服控制模塊連接，RS-232串口均丁作在中斷模式下，以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。伺服控制模塊與傳感器模塊均基于TI公司的TMS320LF2407型DSP，伺服模塊可同時(shí)控制4路直流伺服電機(jī)，傳感器模塊可接24路超聲傳感器和24路紅外傳感器，模塊在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到降低成本和功耗，同時(shí)注重其實(shí)時(shí)性和可靠性。

　　人機(jī)交互模塊采用液晶(LCD)觸摸屏及語音交互接口。S3C2410內(nèi)置有液晶控制器，可以支持最大256 K色的TFT彩色液晶屏、最大4 K色的STN彩色液晶屏，這里選用LQ080V3DG01型8英寸640x480 TFT液晶屏，該液晶屏上配有4線電阻式觸摸屏，用于檢測屏幕觸摸輸入信息，有利于提高人機(jī)交互的友好性；而語音識別南凌陽公司的SPCE061A完成，該器件是一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的高集成的微控制器，內(nèi)部集成有MCU、A／D轉(zhuǎn)換器、D／A轉(zhuǎn)換器、RAM、ROM。具有較高運(yùn)算速度的16x16位的乘法語音和內(nèi)積運(yùn)算指令，CPU時(shí)鐘最高可達(dá)49 MHz。系統(tǒng)支持10個(gè)中斷向量及14個(gè)中斷源，具有較強(qiáng)的中斷處理能力，適合實(shí)時(shí)語音處理。具有雙通道10位A／D轉(zhuǎn)換器方式的音頻輸出功能，配置帶自動增益控制功能(AGC)的麥克風(fēng)輸入方式，為語音處理帶來極大便利。圖4為語音識別模塊硬件結(jié)構(gòu)。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)的基本原則是：軟件結(jié)構(gòu)化、驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)可定制。服務(wù)機(jī)器人的控制器關(guān)鍵要保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。采用μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其具有結(jié)構(gòu)簡單、容易移植、源代碼公開等優(yōu)點(diǎn)。使用μC／OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)服務(wù)機(jī)器人控制軟件就是將整個(gè)控制軟件的功能劃分為若干任務(wù)，分別加以實(shí)現(xiàn)，并以任務(wù)問通信方式實(shí)現(xiàn)各個(gè)任務(wù)間的邏輯關(guān)系。整個(gè)軟件控制體系結(jié)構(gòu)如圖5所示。

　　5 實(shí)驗(yàn)研究

　　在搭建機(jī)器人軟硬件平臺及編寫與硬件相關(guān)的底層函數(shù)后，在該實(shí)時(shí)內(nèi)核上編寫接口驅(qū)動程序及機(jī)器人應(yīng)用程序。通過軟硬件整體測試后，將該機(jī)器人控制器安裝在智能輪椅上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中。智能輪椅移動穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向靈活，變速平穩(wěn)；能及時(shí)識別并躲避障礙物；機(jī)器人視頻傳輸畫面流暢；語音人機(jī)交互功能，由麥克風(fēng)將聲音傳給語音處理器，通過硬件處理識別語音信號，然后再經(jīng)南喇叭播放機(jī)器人的對答聲音。實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。同時(shí)該服務(wù)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，電路體積小，有利于安裝與維護(hù)。

　　服務(wù)機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的神經(jīng)中樞，決定著機(jī)器人能否按照用戶要求順利地完成相應(yīng)工作任務(wù)。基于 ARM和嵌入式μC/OS-Ⅱ的服務(wù)機(jī)器人控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于服務(wù)型機(jī)器人。這必將開發(fā)出低成本、低功耗、體積小巧、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、接口豐富、維護(hù)方便、智能化程度高的機(jī)器人，也將促進(jìn)機(jī)器人運(yùn)用的普及和推廣，從而推進(jìn)我國機(jī)器人行業(yè)向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。