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摘 要：在一定程度上为了能够去实现室外自主移动机器人的导航定位需求，相关设计单位充分利用了微惯性测量单元以及全球卫星定位系统接收机，并从中设计出了一种基于ARM内核的组合机器人导航系统。本文主要是通过分析导航机器人系统软件和硬件设计，并在该基础之上实现滤波的GPS组合导航的相关方法。在基于ARM的导航机器人系统软件和硬件的设计分析中都是达到了理论设计要求。
关键词：ARM;导航机器人;视觉导航系统;硬件设计
前言：
伴随着我国科学的快速发展，机器人在我国各个行业中的实际应用都有着极大的发展前景。在导航机器人运用场合中，比较常见的是采用传感器组合的导航机器人系统。在惯性系统中，其也是一种比较全面的导航机器人信息系统，但是该系统所存在的误差伴随着时间的增加而不断加剧。GPS系统的定位范围是极为广泛的，其误差不会随时间增加，该系统的问题是信号受到外界的影响较大，在接收数据方面的准确性不够。在组合导航机器人系统中，充分利用了全球定位系统和INS系统的特征，并将这两个系统的优点全部继承，是当前导航机器人领域方面最佳的组合之一。在导航机器人系统中，这两者之间相辅相成，形成组合系统，在性能方面也是要完全高于独立导航机器人系统的。
一：导航机器人硬件系统分析
为了能够去实现导航机器人的定位需求，相关人员必须要确定其在准确的运动状态方面的信息数据，这些信息数据主要包含了速度信息、姿态信息以及三轴加速度信息等内容。在基于ARM导航机器人组合系统中来说，除需要考虑到导航机器人的准确度之外，还需要考虑到导航机器人系统的体积重量，所以在信息网络中通常都是采用体积较小和质量较轻的电子机械系统所组成的级联惯性导航机器人系统。然后将基于ARM导航机器人系统安装在设备上面，采用差分全球定位系统针对组合机器人组合导航系统性进行相对应的分析。通过分析，系统软件和硬件设计都是达到了理论设计要求，在实际应用中预示有较好的效果。全球定位系统主要是采用准确度较高的OEM板卡。
二：视觉导航系统软件设计分析
导航机器人操作系统使用UCOS-III嵌入式实时操作系统。该操作系统还专门的镶嵌了视觉开发相关的辅助软件，在导航机器人进行实际任务切换时，其响应较快，反映速度较快的特征被大量的应用在导航机器人的实时响应和多任务控制中。在很大程度上起到提升导航机器人软件系统的快速响应和精确处理等性能，从而有助于导航机器人软件设计的智能化与模块化，提升导航机器人的整体性能以及现场环境抗干扰能力的性能等。在软件设计方面，必须要遵守基本设计原则，如：驱动标准化原则、软件结构化原则等。
2.1 图像处理软件的模块分析
在导航机器人图像处理软件模块中，为了实现导航机器人所呈现出的视觉核心软件，图像处理软件模块所需要完成的功能包含了图像采集、图像解码、图像处理和图像数据实时更新等内容。笔者主要是通过对导航机器人的图像匹配功能实现方式进行分析。在基于ARM导航机器人系统中，我们主要是采用的图像匹配算法SSDA，其充分利用了图像处理软件模块不再匹配点上所累计的误差加快，从而让其误差增长变的缓慢的特点，能够形成比较快速的消除匹配点，从而提升搜索匹配的相关速度。以往的算法主要是针对图像的灰度图所进行的匹配，并没有去充分的利用到图像颜色的相关信息。笔者通过对彩色的图像匹配特点和对以往的算法进行优化分析;在彩色图像中的RGB彩色空间所使用的颜色是红绿蓝（RGB）并采用不同的分配比例来组合所需要合成的任意颜色。在实际模块当中，RGB能够用两百多个阶调的数值来进行实际的度量。在不同的阶调数值方面，这是哪种颜色所组合成的色彩是比较丰富的。在针对彩色图像的分析当中，因为在实际的板块图像中RGB的分量所占有的比例是有很大的区别的，所以在图像处理软件模块中图像的具体匹配结果影响也是大不相同的。在模块图像比重当中不同基色定义分量权重系统方面也是针对每一种色彩的像素数值所占有的数值总和比例。
2.2 导航机器人运动控制软件模块分析
导航机器人的运动控制软件模块主要是应用基于分段控制的相关思想的比例控制器，其主要是通过数据的偏差值大小，对不同的导航机器人运动的时间段进行控制，在每一个分段中，控制器都是按照一定的比例来分配的，其主要的控制规律如下所示：
其中U（t）是机器人内部的控制器的相关输出，即PWM信号控制输出;Kp是比例的相关系数，即根据不同时间段取值不同，控制机器人的运动轨迹;e（t）是属于机器人控制器的输入，即给目标对导航机器人视野中的数据偏差数值。
三：软件架构设计分析
导航机器人软件设计使用源码公开的UCOS-III嵌入式实时操作系统。软件借鉴了RTOS程序运算思想，把各个程序的实际模块全部划分为节点和主体，包含了相关功能模块的具体数据程序的实现，通过相关消息来发布信息，再充分采用该机制来实现多个功能模块之间的程序耦合。在机器人定位部分当中多个定位的传感器节点，是发布传感器的主要数据主体，在编码器当中的姿态算法节点中，其节点的算法包含了电子罗盘算法、三轴加速度信息和陀螺仪角度主体，通过导航机器人是进行当前位置的主体定位。
导航机器人是采用传感器的原始数据来作为主体的。导航机器人的自身状态算法节点在接收到传感器的发布信息之后也能够反馈出机器人的自身状态主体，并去执行相关的结构位置信息。当前给予ARM导航机器人的内部处理器是STM32H7处理器。在相关的组合导航机器人硬件设计方面主要包括控制中心模块、数据采集模块、数据显示模块、全球定位系统模块以及数据储存模块等模块，组合导航系统在IMU-MEMS中加入三轴磁力的HMCL，结合三轴角重力感应计，来综合确定导航机器人的航向角的相关信息和导航机器人的初始姿态信息等。
结语：
总之，组合导航机器人是由嵌入式ARM系统为机器人的硬件平台提供了比较适合的算法。ARM导航机器人系统软件与硬件的特点是能够起到提升导航机器人的准确度和可靠度，在短期之内全球定位系统信号出现异常时，可采用惯性导航在一定时間段也是能够保持导航机器人的导航的准确度，这也一定程度上提高导航机器人的可靠性，并且还能够让系统具有一定的抵抗干扰的性能。通过分析该系统能够较好的跟踪目标的位置和速度信息，来满足当前导航机器人的高要求定位性能。
参考文献：
[1]吕家国， 蒋晓瑜， 张鹏炜， et al. 医疗机器人双目视觉硬件系统设计与实现[J]. 中国光学（02）：131-138.
[2]唐明会， 高进可， 王琪. 基于电磁导航的高速轮式机器人控制系统的设计与实现[J]. 自动化技术与应用， 2019（5）.
[3]张永忠， 徐光跃， 朱丽娜， et al. 基于机器视觉的表贴器件自动化搪锡系统设计[J]. 航天制造技术， 2019（4）.
关键词：ARM;导航机器人;视觉导航系统;硬件设计
前言：
伴随着我国科学的快速发展，机器人在我国各个行业中的实际应用都有着极大的发展前景。在导航机器人运用场合中，比较常见的是采用传感器组合的导航机器人系统。在惯性系统中，其也是一种比较全面的导航机器人信息系统，但是该系统所存在的误差伴随着时间的增加而不断加剧。GPS系统的定位范围是极为广泛的，其误差不会随时间增加，该系统的问题是信号受到外界的影响较大，在接收数据方面的准确性不够。在组合导航机器人系统中，充分利用了全球定位系统和INS系统的特征，并将这两个系统的优点全部继承，是当前导航机器人领域方面最佳的组合之一。在导航机器人系统中，这两者之间相辅相成，形成组合系统，在性能方面也是要完全高于独立导航机器人系统的。
一：导航机器人硬件系统分析
为了能够去实现导航机器人的定位需求，相关人员必须要确定其在准确的运动状态方面的信息数据，这些信息数据主要包含了速度信息、姿态信息以及三轴加速度信息等内容。在基于ARM导航机器人组合系统中来说，除需要考虑到导航机器人的准确度之外，还需要考虑到导航机器人系统的体积重量，所以在信息网络中通常都是采用体积较小和质量较轻的电子机械系统所组成的级联惯性导航机器人系统。然后将基于ARM导航机器人系统安装在设备上面，采用差分全球定位系统针对组合机器人组合导航系统性进行相对应的分析。通过分析，系统软件和硬件设计都是达到了理论设计要求，在实际应用中预示有较好的效果。全球定位系统主要是采用准确度较高的OEM板卡。
二：视觉导航系统软件设计分析
导航机器人操作系统使用UCOS-III嵌入式实时操作系统。该操作系统还专门的镶嵌了视觉开发相关的辅助软件，在导航机器人进行实际任务切换时，其响应较快，反映速度较快的特征被大量的应用在导航机器人的实时响应和多任务控制中。在很大程度上起到提升导航机器人软件系统的快速响应和精确处理等性能，从而有助于导航机器人软件设计的智能化与模块化，提升导航机器人的整体性能以及现场环境抗干扰能力的性能等。在软件设计方面，必须要遵守基本设计原则，如：驱动标准化原则、软件结构化原则等。
2.1 图像处理软件的模块分析
在导航机器人图像处理软件模块中，为了实现导航机器人所呈现出的视觉核心软件，图像处理软件模块所需要完成的功能包含了图像采集、图像解码、图像处理和图像数据实时更新等内容。笔者主要是通过对导航机器人的图像匹配功能实现方式进行分析。在基于ARM导航机器人系统中，我们主要是采用的图像匹配算法SSDA，其充分利用了图像处理软件模块不再匹配点上所累计的误差加快，从而让其误差增长变的缓慢的特点，能够形成比较快速的消除匹配点，从而提升搜索匹配的相关速度。以往的算法主要是针对图像的灰度图所进行的匹配，并没有去充分的利用到图像颜色的相关信息。笔者通过对彩色的图像匹配特点和对以往的算法进行优化分析;在彩色图像中的RGB彩色空间所使用的颜色是红绿蓝（RGB）并采用不同的分配比例来组合所需要合成的任意颜色。在实际模块当中，RGB能够用两百多个阶调的数值来进行实际的度量。在不同的阶调数值方面，这是哪种颜色所组合成的色彩是比较丰富的。在针对彩色图像的分析当中，因为在实际的板块图像中RGB的分量所占有的比例是有很大的区别的，所以在图像处理软件模块中图像的具体匹配结果影响也是大不相同的。在模块图像比重当中不同基色定义分量权重系统方面也是针对每一种色彩的像素数值所占有的数值总和比例。
2.2 导航机器人运动控制软件模块分析
导航机器人的运动控制软件模块主要是应用基于分段控制的相关思想的比例控制器，其主要是通过数据的偏差值大小，对不同的导航机器人运动的时间段进行控制，在每一个分段中，控制器都是按照一定的比例来分配的，其主要的控制规律如下所示：
其中U（t）是机器人内部的控制器的相关输出，即PWM信号控制输出;Kp是比例的相关系数，即根据不同时间段取值不同，控制机器人的运动轨迹;e（t）是属于机器人控制器的输入，即给目标对导航机器人视野中的数据偏差数值。
三：软件架构设计分析
导航机器人软件设计使用源码公开的UCOS-III嵌入式实时操作系统。软件借鉴了RTOS程序运算思想，把各个程序的实际模块全部划分为节点和主体，包含了相关功能模块的具体数据程序的实现，通过相关消息来发布信息，再充分采用该机制来实现多个功能模块之间的程序耦合。在机器人定位部分当中多个定位的传感器节点，是发布传感器的主要数据主体，在编码器当中的姿态算法节点中，其节点的算法包含了电子罗盘算法、三轴加速度信息和陀螺仪角度主体，通过导航机器人是进行当前位置的主体定位。
导航机器人是采用传感器的原始数据来作为主体的。导航机器人的自身状态算法节点在接收到传感器的发布信息之后也能够反馈出机器人的自身状态主体，并去执行相关的结构位置信息。当前给予ARM导航机器人的内部处理器是STM32H7处理器。在相关的组合导航机器人硬件设计方面主要包括控制中心模块、数据采集模块、数据显示模块、全球定位系统模块以及数据储存模块等模块，组合导航系统在IMU-MEMS中加入三轴磁力的HMCL，结合三轴角重力感应计，来综合确定导航机器人的航向角的相关信息和导航机器人的初始姿态信息等。
结语：
总之，组合导航机器人是由嵌入式ARM系统为机器人的硬件平台提供了比较适合的算法。ARM导航机器人系统软件与硬件的特点是能够起到提升导航机器人的准确度和可靠度，在短期之内全球定位系统信号出现异常时，可采用惯性导航在一定时間段也是能够保持导航机器人的导航的准确度，这也一定程度上提高导航机器人的可靠性，并且还能够让系统具有一定的抵抗干扰的性能。通过分析该系统能够较好的跟踪目标的位置和速度信息，来满足当前导航机器人的高要求定位性能。
参考文献：
[1]吕家国， 蒋晓瑜， 张鹏炜， et al. 医疗机器人双目视觉硬件系统设计与实现[J]. 中国光学（02）：131-138.
[2]唐明会， 高进可， 王琪. 基于电磁导航的高速轮式机器人控制系统的设计与实现[J]. 自动化技术与应用， 2019（5）.
[3]张永忠， 徐光跃， 朱丽娜， et al. 基于机器视觉的表贴器件自动化搪锡系统设计[J]. 航天制造技术， 2019（4）.