兼容ROS的嵌入式实时机器人通信系统的设计与实现

发布时间：2022-09-27 19:22

　　机器人行业近年来迅猛发展,但机器人产品开发周期较长,与市场对机器人的需求产生了矛盾。机器人操作系统ROS（Robot Operating System）以其实现代码的模块化,提高代码复用率,大大缩短了机器人开发周期的特点,在机器人行业逐渐占据重要地位。ROS是基于Linux内核的,所以对硬件性能有较高要求,低端的低成本硬件平台性能不足以运行Linux也就不支持ROS,因此难以整合到ROS的分布式通信系统之中。本文就是以此为出发点,设计和实现了一个基于STM32的低成本低功耗的兼容ROS通信标准的嵌入式实时机器人通信系统。该系统通过兼容ROS的发布/订阅功能,无缝地整合到ROS的分布式通信系统之中。而且该系统为应用的开发者预留了形式上类似于ROS的开发接口,便于ROS应用开发者快速上手。为了对ROS通信标准实现兼容,本文工作是建立在对ROS工作机制和实现细节充分分析的基础上,对该系统自底向上逐层次设计和实现的。硬件平台选用了低成本低功耗的STM32微控制器;操作系统选择低端嵌入式平台广泛使用的Free RTOS,在考虑到硬件性能的同时保证了系统的实时性;通信协议栈选用LWIP,功能强大且... 

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 与本课题有关的国内外研究状况
        1.2.1 国外兼容ROS的机器人通信系统现状
        1.2.2 国内兼容ROS的机器人通信系统现状
    1.3 本文的主要研究内容和论文结构
第2章 兼容ROS通信系统需求分析与总体设计
    2.1 兼容ROS通信系统需求分析
        2.1.1 兼容ROS通信系统功能性需求
        2.1.2 兼容ROS通信系统非功能性需求
    2.2 兼容ROS通信系统总体设计
        2.2.1 兼容ROS通信系统架构设计
        2.2.2 兼容ROS通信系统功能设计
    2.3 本章小结
第3章 兼容ROS通信系统详细设计
    3.1 硬件平台模块的选型
    3.2 硬件驱动模块的设计
    3.3 操作系统模块的选型
    3.4 通信协议栈模块的选型
    3.5 兼容ROS的消息中间件的设计
    3.6 ROS节点模块的设计
    3.7 本章小结
第4章 兼容ROS通信系统的实现
    4.1 硬件驱动模块的实现
        4.1.1 STM32标准外设库分析
        4.1.2 以太网外设驱动的开发
        4.1.3 串口外设驱动的开发
    4.2 操作系统模块的实现
    4.3 通信协议栈模块的实现
        4.3.1 LWIP移植概述
        4.3.2 操作系统模拟层接口的实现
        4.3.3 硬件驱动层接口实现
    4.4 兼容ROS的消息中间件的实现
        4.4.1 ROS节点间通信功能的实现
        4.4.2 ROS应用开发功能的实现
        4.4.3 辅助功能的实现
    4.5 ROS节点的实现
    4.6 本章小结
第5章 兼容ROS通信系统的测试
    5.1 测试环境
    5.2 功能测试
        5.2.1 ROS发布功能
        5.2.2 ROS订阅功能
    5.3 性能测试
        5.3.1 稳定性
        5.3.2 实时性
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
个人简历



本文编号：3681469