Pioneer移动机器人开发平台使用说明

目录一、简介....................................................................................................3二、Pioneer移动机器人开发平台硬件介绍...........................................42.1开发平台的机械结构....................................................................42.2Pioneer移动机器人硬件结构.......................................................42.3Pioneer移动机器人开发平台主机...............................................52.4视频采集卡....................................................................................52.5CCD摄像机...................................................................................6三、Pioneer移动机器人开发平台软件件结构.......................................73.1Pioneer移动机器人开发平台软件结构.......................................73.2Pioneer移动机器人平台开发软件...............................................73.3视频采集卡SDK...........................................................................8四、Pioneer移动机器人开发平台安装说明.........................................104.1载体-Pioneer移动机器人...........................................................104.2躯干..............................................................................................114.3电源模块.....................................................................................124.4硬盘架..........................................................................................134.5工控机架.....................................................................................144.6工控机外壳.................................................................................174.7工控机外接线.............................................................................194.8手臂控制箱.................................................................................204.9颈部..............................................................................................204.10头部.............................................................................................224.11电池............................................................................................234.12串口控制线...............................................................................244.13无线网卡...................................................................................254.14其他外设...................................................................................25一、简介Pioneer是美国MobileRobots公司推出的一款移动机器人，现已被广泛用于全球各大高校、研究所。Pioneer按移动方式可分为以下两种：DX型和AT型。图1为Pioneer3DX的示意图，图2为Pioneer3AT的示意图。图1Pioneer3DX图2Pioneer3ATPioneer移动机器人的具体信息可以在MobileRobots公司的官方网站找到。MobileRobots公司：：：本实验室的Pioneer2DX移动机器人有着强大的运动控制功能，但是它自带的微机系统已经比较落后，用Pioneer自带的图像采集卡采集图像延时达到2～3秒，无法满足实时图像的需要。而且，尽管Pioneer有着各种配件，比如激光传感器、小型机械手臂等，但是Pioneer本身通用型接口很少，这些配件一般通过专门的接口和Pioneer连接，而且其开发语言和工具也只能用于专门的Pioneer配件，可移植性不强，无法把技术用在其他项目中。因此，有必要搭建一个开发平台，提升Pioneer的运算处理能力，同时扩展接口及开发环境，使之成为一个通用的开发平台，在其上可进行各种通用传感器的开发，并能移植到其他项目中去。二、Pioneer移动机器人开发平台硬件介绍2.1开发平台的机械结构本开发平台由机体、手臂及控制箱、头部三大部分组成。图3为其3D示意图。图3开发平台机体、手臂及控制箱、头部3D示意图考虑到Pioneer是一种小型移动机器人，其承重能力只有23KG，因此只能选用比较轻的材料。本开发平台选用的是有机玻璃材料。2.2Pioneer移动机器人硬件结构图4Pioneer移动机器人硬件结构图图4为Pioneer移动机器人硬件结构图。2.3Pioneer移动机器人开发平台主机本开发平台选用高性能工控机作为主机。同时提供了多种通用接口可供开发使用。主机性能参数：CPU：Intel双核2.4G内存：800MHZ2G网络：10/100Mbps以太网控制器以及54MbpsUSB无线网卡集成IntelGMA950图形处理核心看门狗定时器：256级，可编程1-255秒/分，超时中断或系统复位标准接口：1个FDD接口、8个USB2.0接口、2个SPP/EPP/ECP并口10个串口(其中COM2可选RS-232/485）、1个PS/2键盘/鼠标1个PCI槽（支持3个PCI设备）电源：ATX电源供电主机的详细信息请参看相关网站及说明书。2.4视频采集卡本开发平台使用的是海康威视出品的DS-4004HC型视频采集卡。此卡属于硬压卡，支持四路音视频的实时采集、压缩与预览，并提供完整的SDK开发包、DEMO演示软件及其源程序。SDK包含了板卡开发软件、播放器开发软件、网络开发软件、MediaPlayer控件。支持Windows2000/XP/2003/Vista，Linux操作系统。主要技术参数如下表所示。表表表表1主要主要主要主要技术参数技术参数技术参数技术参数符合PCI2.2规范视频压缩标准H.264(MPEG-4/part10)视频输入路数4/视频输入接口BNC（电平1.0Vp-p，阻抗75Ω）支持制式PAL、NTSC预览分辨率4CIF回放分辨率QCIF/CIF/2CIF/DCIF/4CIF帧率1/16～25F/S（PAL）输出码率32k-1024kbps（CIF），70-4096kbps（4CIF）音频压缩标准OggVorbis音频输入路数4，单声道音频输入接口BNC（电平：2Vp-p，阻抗：1kΩ，音量控制范围83DB）采样率16KHz输出码率16kbps功耗每个DSP1.9w关于此卡的详细情况请登陆杭州海康威视数字技术有限公司网站查看，驱动及SDK包请到网站的技术支持栏目下载。2.5CCD摄像机本开发平台采用的是日本CANON公司出品的VC-C4型CCD摄像机，详细情况请参看用户手册及相关网站资料。三、Pioneer移动机器人开发平台软件件结构3.1Pioneer移动机器人开发平台软件结构图5Pioneer移动机器人开发平台软件结构图3.2Pioneer移动机器人平台开发软件Pioneer移动机器人开发平台的控制部分主要用Aria开发。Aria是MobileRobots公司为其机器人产品提供的的控制应用编程接口。Aria是由C++编写的基于面向对象的客户端软件，机器人开发人员通过它可以有效得管理机器人高层行为和资源。Aria的具体原理如图6所示。RobotMotionControlor是pioneer机器人的运动控制器，它通过一套串口通讯协议和上位机通讯。PacketHandler是对串口通讯协议的解读。Lock和UnlockRobotMutex是对机器人线程互斥量的处理。SensorInterpretationTasks是用于处理传感器信息的任务。机器人行为控制主要在ActionTasks中完成,这部分是机器人控制的核心部分。StateReflectionTask相当于执行器任务，用于输出控制值至机器人运动控制器。Aria编程须知：1、编写程序前应仔细阅读AriaReferenceHTML，详细了解各个函数的功能。2、使用Aria的开发人员应具备一定的C++编程能力和操作系统知识。3、当在MFC程序中使用Aria时，应当注意文件的配置（详见README.txt）。并在头文件中按以下顺序添加#includemmsystem.h和#includeAria.h。图6Aria软件原理图3.3视频采集卡SDK视频采集卡SDK包括三部分，分别为：系统SDK、网络SDK和播放SDK。安装好SDK包以后，在安装目录的DOC文件夹下可以找到开发软件的相关使用说明文档。包括：文档1：DS-4000HC、HCS、HC+、HF、MD卡的Windows编程指南V4.2.pdf文档2：Hikvision板卡网络开发包编程手册V4.7.pdf文档3：HikvisionH264播放器编程指南V4.7.pdf。系统SDK是专门为该系列一路及多路板卡设计的本地录像软件接口程序，以动态连接库的形式提供给应用软件开发者，并同时附有演示程序（HikVisionH.264DemoVersion）及其源码，能有效地缩短应用软件的开发周期。关于系统SDK的详细使用说明请参