基于ARM的护理服务机器人远程监护控制系统

论文摘要

随着嵌入式技术和网络技术的不断发展与成熟,基于嵌入式网络远程控制技术进一步改变了传统的集中式控制及现场总线控制的方式,成为嵌入式技术和网络技术的一个新的结合点,越来越受人们的关注与重视,并成为当前嵌入式远程控制领域的一个研究热点。当前,我国人口老龄化进程逐步加快,需要照顾的人群也日益增多。如何使这些人群得到更好的照顾,同时又如何减轻护理人员的工作负担,已经成为亟待解决的社会问题。针对这些问题,为打破护理工作受空间限制的局限性,使远程协助照顾成为可能,本文利用当前比较热门的嵌入式技术、网络技术进行了护理服务机器人远程监护控制的研究。首先,介绍了护理服务机器人技术、远程监护技术和机器人网络控制技术的发展概况,并在分析本实验室自行设计、研制的护理服务机器人的结构和功能的基础上,进行了护理服务机器人远程监护控制系统的整体方案设计。随后,根据护理服务机器人的行走功能及体位调整功能的需求,设计了直流电机驱动电路。针对护理服务机器对人体体温采集的问题,提出了一种非接触式多方位红外体温检测的方法并利用红外热电堆传感器TPS334设计了红外测温电路。接下来,实现了嵌入式远程控制终端基础软件系统的搭建。主要内容包括交叉编译环境的建立、U-Boot的移植、嵌入式Linux内核的配置与移植、直流电机驱动程序和红外测温驱动程序的开发、根文件系统的制作与移植。该系统的实现为上层应用程序开发提供必要的软件支撑环境。最后,利用嵌入式Web服务器技术、CGI技术、HTML和Javascript技术,移植了嵌入式Web服务器Boa并进行了相应功能的测试,开发了服务端和客户端的应用程序,实现了因特网远程服务机器人控制和体温、脉搏远程人体参数模拟采集。针对本系统的网络时延问题,采用一种基于ε-SVR的静态网络时延预测算法进行了时延补偿控制实验,结果表明其效果良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 护理服务机器人的分类及现状
• 1.2.2 远程监护的研究现状
• 1.2.3 机器人网络控制研究现状
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 第2章 系统的总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 护理服务机器人的结构与功能
• 2.3 系统需求分析
• 2.4 系统方案的总体设计
• 2.4.1 硬件框架结构
• 2.4.2 软件框架结构
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统的硬件设计
• 3.1 系统硬件的选择
• 3.1.1 ARM微处理器结构
• 3.1.2 ARM微处理器的应用选型
• 3.1.3 开发板的硬件资源
• 3.2 红外测温模块的设计
• 3.2.1 红外测温原理
• 3.2.2 TPS334传感器的主要特性
• 3.2.3 电路原理图设计
• 3.3 直流电机驱动模块的设计
• 3.3.1 直流电机的性质
• 3.3.2 直流电机驱动电路
• 本章小结
• 第4章 基础软件系统的实现
• 4.1 嵌入式操作系统的选择
• 4.1.1 典型的嵌入式操作系统概述
• 4.1.2 嵌入式操作系统的选择标准
• 4.2 交叉编译环境的建立
• 4.2.1 交叉编译工具下载和版本选择
• 4.2.2 交叉编译环境制作
• 4.3 Bootloader
• 4.3.1 Bootloader概述
• 4.3.2 U-Boot的启动过程
• 4.3.3 U-Boot的移植
• 4.4 嵌入式Linux内核的移植
• 4.4.1 内核代码修改
• 4.4.2 内核配置
• 4.5 Linux设备驱动的开发
• 4.5.1 电机驱动程序设计
• 4.5.2 红外测温驱动程序设计
• 4.6 嵌入式文件系统
• 4.6.1 嵌入式Linux文件系统的种类及特点
• 4.6.2 嵌入式Linux根文件系统的制作
• 4.7 本章小结
• 第5章 应用软件系统的实现与网络时延分析
• 5.1 应用软件系统的总体设计
• 5.1.1 系统软件模块总体框架
• 5.1.2 系统开发模式选择
• 5.1.3 嵌入式Web服务器的选择
• 5.1.4 网络通信技术
• 5.2 服务器端的实现
• 5.2.1 嵌入式Web服务器Boa的移植
• 5.2.2 CGI开发技术
• 5.3 远程终端界面的实现
• 5.4 系统实现与实验
• 5.4.1 系统组成与实现原理
• 5.4.2 系统实物与实验
• 5.5 网络时延分析
• 5.5.1 时延预测误差分析标准
• 5.5.2 时延预测模型的建立
• 5.5.3 实验结果
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 附录一 直流电机驱动程序代码
• 附录二 红外测温驱动程序代码