数事费本与率用
设计开发
基于K60+FPGA的小型移动机器人硬件设计
程吴任慰
(华中科技大学控制科学和工程系湖北武汉430074)
摘要：本文介绍了一种基于K60N512处理器和FPGA的嵌入式移动机器人平台，并具体分析了各个模块在硬件上的设计和实现。机器人平台采用模块化的分层结构设计,充分发择了ARM与FPGA各自的特点,并提供有丰富的外设和接口，具有良好的通用性和可扩展性,为本文以后的工作提供了良好的基础硬件平台。
关键词：移动机器人嵌入式模块化
中图分类号：TP2
文献标识码：A
文章编号:1007-9416(2013)12-0167-02
Abstract:This paper designed a kind of embedded mobile robot platfom,based on K60N512 Microcontroller and FPGA,and detailed described the design and implementation of ll the hardware module.This robot platfiom designed by a moxdular and hierarchical method ,obtained the strong points of both ARM and FPGA and provided diverse connectors and peripherak.With favorable universality and expansibility,the robot platform provided findamental hardware platformm for the later work
Key Words:mobile robot
: embedded system modulation
1引言
随着机器人性能的不断完善，移动机器人的应用范围不断扩展，在工业、农业、生活等各个方面发挥着巨大的作用。轮式移动机器人作为移动机器人最重要的实现方式之一，也被称为无人驾驶车辆，是指可以自动识别跑道路径并进行自动驾驶的车辆，是当前机器人领域的研究热点之1-1
移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能集于一体的综合系统围。现有的移动机器人研究在硬件架构和软件开发上已趋于成熟，但仍然存在一些问题，常见的有硬件扩展性差、系统实时性差、软件可移植性差等。基于机器视觉定位的智能移动机器人，通过获取环境的视觉图像信息进行导航，但数据处理量较大，系统实时性较差。而FPGA的优点在于高速并行运算，适合处理如图像数据的密集数据流
针对上面提出的问题，本文依据模块化层次化的设计原则，设计了一个基于ARM+FPGA的嵌入式移动机器人平台，利用ARM 处理上层控制流，FPGA处理密集数据流，利用片外存储总线实现 ARM和FPGA之间的通信"。同时，平台设计有丰富的外设接口，能外接不同的传感器，实现多种功能并保证平台的可扩展性，保证平台兼具开放式结构，模块化，实时性高、易扩展、可靠性高等优点。
2总体设计方案
嵌人式移动机器人平台的硬件总体可分为四个层次：承载平台、传感与驱动层、实时控制层、高性能处理层。如图1所示，承载平台提供机械结构部分的支持，为机器人的各个模块提供安装空间和支撑平面。传感与驱动层由驱动机器人运动的动力系统(驱动器组)和
高性能处理层（PC、手机等）
传感与聚动层(加速代器电脑驱动等）
实时控制层（实时控制板）
承载平台（底盘）图1总体结构图
各种通用传感器组成。实时控制层的核心是一块集成多种通用外设的嵌人式处理器，集成丰富的传感器接口，并提供通信系统以满足模块之间和外部通信的需求。高性能处理层主要完成实时性要求不高的数据处理任务，如地图建模等，该层通常为通用计算机、智能手机、平板电脑等移动终端。根据模块化的设计原则，各层之间以实时控制层为核心通过标准接口相互连接，构成一个完整的灵活性和可
扩展性较高的移动机器人平台。 3系统结构
3.1承载平台
常用的移动机器人的承载平台分为轮式移动机器人和足式移动机器人。本文采用轮式行走机构做为机器人的承载平台，为机器人的各个模块提供安装空间和支撑平面。根据研究内容和成本考虑，选择使用实验室现存的成品轮式移动平台，如图2所示。该平台为四轮独立驱动结构，净重4.2k8，配置有四台齿轮减速电机，带12 线编码器，最大行驶速度可达0.8m/s。
3.2传感与驱动层
图2承载平台图
作者篇介：程昊(男，1988-)、任慰(男，1985-)：华中科技大学自动化所颈士研究生,研究方向：嵌入式系统。