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机 器 人 技 术
中文核心期刊 ＜
微计算机信息）嵌入式与 Ｓ Ｃ ２０ 年第 ２ 卷第２ 期
（
Ｏ ） ６
０
２
－
２
智½安防与家庭服务机器人的设计与实现
Ｄ½ ½ ½ ½ ½ Ｉ ½½½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ Ｓ ½ ½½ Ｒ ½½ ½ ½ ½ Ｉ½ ½½ ½ ½ ½ ½ Ｃ½ ½½
½½ ½
½ ½
½½½ ½
½
Ｈ½
½ ½½ ½ ½½ ½ Ｈ½
½½ ½ ½Ｓ½ ½ ½ ½ ½ ½
½
½
½
（南 工 学刘½ 肖南峰
华 理 大） 申
Ｌ½， ½ ½
½ Ｃ½ ½ Ｘ½½ Ｎ½ ½½
½ ， ½½ ½
摘要 ：家庭服务机 器人和 家居 智½安 防 系统½ 具 有 良½的发 展 前景 。利 用 家庭 服 务机 器人 的机 动性 和 自律 ½ 力来 实现 家居
智 ½ 安 防 功 ½ ， ½ ½ 够 替 代 家 居 智 ½ 安 防 系 统 有 效 地 实 现 防 盗 监 测 和 电及 煤 气 安 全 检 查 等 安 防 功 ½ ， 且 也 ½ 够 替 代 人
不
而
完 成 清 洁 卫 生 、 电 控 制 、 庭 娱 乐 、 况 监 视 、 童 教 育 、 时 催 醒 等 家 庭 服 务 工 ½ 。本 文 介 绍 了½ 者 开发 的 具 有 家 居 智 ½
家
家
病
儿
报
安 防功 ½的 家庭服 务机 器人 的设计 与 实现 。实 际检 测 结果表 明 。
½者 开发 的 家庭服 务机 器人 比现 有 的 家居 智 ½安 防 系统功
½更 加 丰富 、 加 灵 活 、 加 可 靠。
更
更
关键宇 ：
智½机器人 。
家庭服务。
家居智½安 防。
设计 与实现
中圈 分 类 号 ：Ｐ ４ ．
Ｔ ２２
６
文献标识码 ：
Ａ
Ａ½ ½½ ½ Ｔ ½ ½ ½½ ½ ½ ½½ ½½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½½ ½½½½½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ． Ｗ ½ ½ ½½ ½
½ ½ ½ ： ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½
½
½
½ ½½
½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½½½½ ½ ½ ½ ½ —½½½½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½½—
½½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ½½½½½ ½ ½ ½ ½½ ½½½½ ½½ ½½ ½ ½ ½ ½½½ ½½½½½½ ½ ½½ ½½½ ½½ ½
½
½
½
½
½
½
½
½
½
½ ½
½
½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½ ½½½½ ½½ ½ ½ ． Ｔ ½ ½½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½½ ½ ½ ½½½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ½
½½ ½ ½½ ½ ½½½ ½ ½½ ½
½
½
½½ ½ ½½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½½½ ½½½ ½½½ ½ ½½ ½½½½ ½½ ½½½ ½½ ½ ½½
½
½
½
½
½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ １ Ｔ ½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½½ ½
½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ， ½ ½½½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½
½
½
½
½
½
½
½
½
½ ½
½ ½½ ， ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ．
½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ １
½
Ｋ½ ½ ½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ； ½ ½½½ ½½ ½ ½½ ½ ½½ ½ ½½ ； ½½½ ½ ½ ½ ½½ ½½½ ½
½½½ ½ ： ½½½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ；½½½½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½½ ½
½
½
½ ½½½ ½½
½
１ 引 言
近 年来 ， 着 智 ½ 机 器 人技 术 的迅 速 发 展 ． ½
随
智
机 器人 的应 用领 域 正在 不 断地 扩 大 。并 且 ， 着 人们
随
生 活质 量 的 日益 提 高 ， ½机 器 人 已经 开始 进 入 了家
智
实 现 家居 智 ½安 防系 统 的功 ½ ，
以便 更 有 效 地完 成 家
庭 服务 和 家居安 防 。
２ 家庭 服 务机 器 人设 计
２１家庭 服务 机器 人工 ½ 原理
．
庭服务行业 。由智½型家庭服务机器人代替人来完成
清洁 卫生 、 品搬 运 、 电控 制 、
物
家
家庭 娱乐 、 况 监 视 、
病
儿 童教育 、 时 催醒 、
报
电话 接 听等 各 种家 务 劳 动 ．
不仅
是 一 项极 具应 用 前 景 的高新 技 术 行业 。
而且 也 是 智 ½
机 器 人 目前 研究 的 一个 重 要热 点 。另一 方 面 ， 界 各
世
½ 的老 龄 化 问题 也 更 进 一 步 地加 剧 了对 智 ½ 型 家庭
服务机器人 的需求 。例如 ， 前在加拿大已有 ３８０
目
．０ 。
为 了实现 家 居 智½ 安 防功 ½ 与家 庭服 务功 ½ 。
我
们 开 发 了一 个 ½ 在 室 内环 境 下 从 事 安 防 和 服 务 工 ½
的家庭 服务 机器 人 。家庭 服务 机器 人依 靠底 部 的三个
½ 子 在室 内 自主地 移动 ， 它 的 内部安 装 有 智 ½安 防
在
系统 ，
再结 合 家庭 服务 机 器 人 外 部 的 电 子 门禁 、
电子
窗栅 、
红外线传感器 、
烟雾传感器等就可 以很½地实
行 智 ½安 防 ， 且 还 可 以将 室 内检 测 到 的信 息通 过 无
并
０ ０以上 人 的年 龄 超 过 ６
０
５岁 。在 德 ½超 过 ８ ．０ ．
线 ½卡和手机短信模块与在外 的主人联系 。此外 ，
２ ０ ０
家
０ ０人 的 年 龄 在 ６
０
０岁 以 上 ， 分 别 占 该 ½ 人 口 的 庭 服 务机 器 人也 可 以代替 人 有效 地 完 成清 洁卫 生 、
家
１ ． ％和 ２ ％， 且 近年 来还 有 加 重趋 势 。在 中 ½专
电控制 、
２４
３
２ 而
家庭娱乐 、
病况监视 、
儿童教育 、
报时催醒等
家 预 言到 ２ １ 中 ½独 生 子女 和 老 龄化 问题 将 更加 服 务工 ½ ，
０ ０年
为主 人 提供 一个 更 加 舒适 和 安 全 的生 活 环
严重。因此 ，
家庭服务机器人将在许多以老弱 、
病残 、
境 。家 庭服务 机 器人 原理 如 图 ½ 示 。
所
独 子为 主 的家 庭 中 占据 一席 之 地 。此 外 ，
以防 盗监 测
和 电及 煤 气 安 全检 查 为 主要 内容 的 家居 智 ½ 安 防 系
统 在 我 ½发 展 迅 速 ，近 几 年 的增 长 速 度 达 到 １ ％一
５
用
２％， 居智 ½安 防业 已经 ½成 了一 个 巨大 的市场 。
０ 家
为
此 ， 们将 家庭 服 务 机器 人 与家 居 智 ½安 防 系 统结 合
我
在 一起 ， 用 家庭 服 务 机器 人 的机 动 性和 自律 ½力 来
利
刘 种 ： 士 研 究 生
硕
图１
家庭服务机器人工½原理
户
本 项研 究得 到广 东省 自然 科学 资金（
编号 ３ ５ ２ 的资助
６５ ）
一
２２家庭服 务 机器人 数 学模 型
．
２ ２—３ ０， 年 邮局 订 阅 号 ：２９ ６
１
６，
Ｌ，
８ ．４
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机 器 人 技 术
２２１同½ 两独立 驱动 ½约束 方程
．
．
迹运 动 ， Ｘ½ ½½ ０½
即 （、（、（已知 时 ， 驱 动 ½ 的运 动规 律
） ） ）
则
为 了便 于构 造 家 庭 服务 机 器 人 的运 动 学 和 规 划 可 以根 据 下式 求 出 ， 且 左 、 驱 动½ 的 运 动规 律 将
并
右
控 制其½ 姿 ， 如下方 法建 立它 的坐 标 系。Ｏ Ｘ Ｚ为 是 唯一 的 ，
用
—Ｙ
由此可 以求 出机 器人 的逆 运动学 ：
家庭 服 务机器 人 工½ 场所 的 固定参 考坐 标 系 ．
Ｒ—
½ — — — — — — —— —
½ Ｙ 为机器 人 固连 的 坐标 系 ，
Ｒ
Ｒ是 固连 坐标 系 的原
点，
该点 于右驱 动 ½ 中心 重合 ， 驱动 ½ 同心 ． 向
Ｙ与
指
左½ ，
½与 ½ 问 的夹 角 ０表示 机器人 的 姿态 。故机器
人 的½姿 为 ½ Ｙ ０ 。在 Ｏ Ｘ Ｚ中 ， ½ 的投 ½ 为（．
， ，）
—Ｙ
左
½，
＝ ＝ ½） ） ） ，
鼋 ４ （。 ， －
½＋ （ ／
½
＝
一
Ｌ ½
Ｏ／ ＝鼋一Ｌ ½
０／
½、
６
３ 家 居 智 ½ 安 防 功 ½ 设 计
智 ½安 防½ 件工 ½ 流程 图（ ） ½发 生触 发 事 件
略 。
½ ， ½的投 ½ 为 （ 。为简单 起见 ， 同½ 的两个
Ｊ右
）
Ｘ， ）
Ｙ
把
触发 信 号从 触发 器 发 出经 过 编码 器 编码 后 以二进
独立 驱动 ½简 化 为 图 ２所 示 。
并假 设 机器 人在 水 平 面
时 ，
计算 机 通 过 程序 获 取 事
上运 动 ，
½½ 只 旋 ½不 打滑 ， 与地 接 触 点 间 的 速度 制数 据 ½式送 至 计 算机 端 口 。
½
进
为零 。因此 ， 以分别 求 出机 器人 的角速 度约束 方程 。 件编 码并 进 行分 析 和识 别 ， 而 根据 程 序设 定 启 动相
可
假定 机器 人在 任意 一初 始 ½½ ， 过 时间 ½ 。 过 ０ 应 的报警 动½ ，并 在 日志表 中记 ½触 发 事件 的时 间 、
经
后 ½
我
½½ ½２０
角 到达另 一½ ½ ， 图 ２和 ３ 示 。 在单½ 时 间 内左
名称 和触警 动½ 以备查 用 。 们选 定 Ｗ½½½ ００½
如
所
为机器 人智 ½安 防½件 的开 发平 台 。 ½ ＋ ．½ 为
用 ½ ＋６０
½ 比右½多½ 过的 曲线½移 为 ：
应 用层 开发工 具 。为 了让智 ½安 防½件 及 时地 响应报
安全地传输数据 ，
在开发智 ½安 防½件时必
按 式（） 建立 的运 动 学 。 器 人 的运动 方 式 只有
警信号 、
１
所
机
以达 到智 ½安 防所 需 要 的实 时
直线 和½ 弯两 种 。如果 以右½ 为 圆心移 动 ， 点 的½ 须 解决 如下 关 键 问题 ，
原
子角速度 ½＝½ ＝½
已知 ，
在单½时间内½过 ０
角度 ，
性要 求 。
３１串 口通 信参数 设 ½
．
则通 过式 （ 可 得另一 个非 原点 ½角速度 方程 ：
１
）
智 ½安 防½ 件 ½用 串 口通 信设 ½ ½数 Ｃ ½ ½Ｓ½
½½ ½—
½－ Ｌ ／ ½ Ｌ ／ （ ）
½ － ０½ － ０½ ２
－
½
－
＝
½ Ｄ½ ）
½
２
１ 数
校
并
对 于直 线运 动而 言 ，＝ ，
００ 即两½ 同速½动 。
½的值 ½ ½ ½（设 ½½ 用 的 串 １号 、 据½ 、 验 ½ 等 ， 将
我
Ｈ Ｅ —Ｕ —
应该 加 以限制 ，
因为 ½ ０过大 （
接近 一６ 。 将½ ½过 设 ½ 保 存 在 注 册 表 中 “ 的 电 脑 ／ Ｋ Ｙ Ｃ Ｒ
３０）
时
½
Ｓ ＲＳ ½ ½／ ½ ／ ½ ½½ ／键
½ Ａ ½Ｐ Ｓ ½
大 ， 向心力 ½ 用 下 ， 庭 服 务 机 器 人 易产 生 运 动 ½
ＲＥＮＴ
Ｕ Ｅ ／½½½½ ½ ½ ½½½½ ½” 下 。其 主 要
在
家
（½½＝ ０½（）
½－ ½ Ｌ ／ １
）
＿
实现 方法 和代码 如下 ：
（ ）加入 全 局 ½数 Ｇ ½½ ½½和 Ｓ ½Ｓ ½½ 成
１
½ ½½
Ｓ½
½ ½ ½ ½½完
½
½
／ ＋ Ｉ）
（ Ｌ Ｒ
２
（）
３
式 中 Ｌ代 表 机 器 人 两独 立 驱 动 ½ 间 的 长 度 （
½ 注册 表设 ½读 写工½ ：
Ｇ ½½½ ½（½ ½½½½ Ｃ ½½ ½½ Ｎ ½½；
½Ｓ ½½ Ｃ ½½ ½， ½ ½½Ｖ ½½ ½ ）
½
½
½
距 ）½
，是½子 半径 ，。
½、 表示 机器 人 左½ 、 ½ 的角速
½
右
Ｖ ½ Ｓ ½Ｓ ½½ （½ ½½½ ½ Ｃ ½ ½ ½½ Ｎ ½½
½½ ½½ ½½ ½Ｃ ½½ ½ ， ½ ½½ Ｖ ½½ ½ ，
½
½
½
度，
０为家 庭 服务 机 器 人经 过 时 间 ½ 过 的角 度 。
½
½表
½ ½½½ ½½；
½
示 重 力加 速度 ，是½ 与 地 面 的摩擦 系数 ，
½
Ｒ为½ 弯半
Ｃ ½½ ½½）
（ ）½ 对 ＩＯ
２￣ Ａ
Ｄ Ｋ控 件 的 Ｂ — ＬＣ Ｅ
Ｎ Ｃ ＩＫ Ｄ消 息 响 应
径
½数 Ｏ Ｏ 将 串 口通信设 ½ 写入 注册 表 中。
½ Ｋ。
½误 差 ， 重时会造 成 翻½ 。依 分析 得 ：
严
】
，
３
． 时 监控
２实
为 了及时 地 获取 布 防触 发 器 的报 警 信 号 。 序 需
程
要打 开一 个定 时 器 。 间 间 隔通 常设 ½ 在几 十毫 秒 和
时
几 秒之 间 。如 果太短 ， 算机 响应 不过来 ， 长则 会½
计
太
响事件的实时捕捉。我们½用 Ｓ½½½ ）
½ ½ ½ ½数来定义
Ｔ （
时 间 间 隔 。 然 后 用 Ｏ Ｔ½ ½½ 数 响 应 定 时 器 的
½ ½½
图２初始½姿
图３½动后两½状态
ＷＭ
＿
Ｔ ＭＥ 消息 。该 ½ 数需 要 完 成 如 下 监 控 布 防设
Ｉ Ｒ
½：
２２
．．
２家庭 服 务机器人 运动学
（ ） 取 布 防 参 数 中设 ½ 为 可 用 的端 口 ， 得发
１读
获
½两 驱动 ½ 的角 速度 已知 时 ， 、 ½ 的角 速 度
左 右
进行 编 码 识 别 。然 后 向触 警参 数
分别 为 ½， ½弯半 径也 是 ½
½ ，
½
的½数 。
由此 可 以求 出家 生 的触发 事件 编 码 。
中设 ½ 的端 口发送 相 应 的 触警 动 ½ 编码 。该 任 务 由
庭 服务机器 人 的正 向运 动学 ：
Ｓ ½ ½完 成 ，
½Ｏ
首先 检测 各 并 行 口输 入 ，
若有 触 发 事件 ，
Ｊ Ｉ ½０½ ½
Ｉ ½½½＋） ０½１
½
½ Ｉ（
月
½ Ｊ½ ＋） ０ ½
½
½（
½０
：
０½ ½ －／ Ｊ
½ ／
Ｌ ½
Ｌ
½Ｏ
（
则 调用 Ｐ ½½½½处 理触 发事 件 。Ｓ½ ½主要代 码如
４
下 ：
½½½Ｌ½
）
Ｇ ½½½ ½ （ ½½½ ½ ½ 】＆½ ½ ½，）
½ ½ ½ １ Ｐ ½ － ［ ， ½½ ½ １；
Ｐ Ｖ
½
Ａ½ ½
½
Ｖ
Ｐ½ ½½ ½½（ Ｙ Ｅ ½ ￣ Ｍ，Ａ Ｓ ）
½½½Ｌ ½ （ Ｔ ） ½ Ｖ Ｆ Ｌ Ｅ ；
Ｂ
（ ） 果 有 新 的 日志 生 成 。 对 数 据 库 中 的 日志
２如
则
式 中 ∈［１０，８½ 家庭服 务机 器人 的初 始姿
一８。１０是
½
态，
以逆时针 为正 。½ 要求 家庭 服务 机器 人 按 确定 ½
＠ 糊局 ８４６ ／＿３
邮订 ２６０ ２—
－ １
９３Ｊ
Ｌ
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中文核心期刊 Ｉ
：
微计算机信息＞嵌入式与Ｓ Ｃ ２０ 年第 ２ 卷第 ２ 期
（
Ｏ） ６
０
２
－
２
表进行更新。
该任务 由 Ｕ ½½－ 完成 。
½½ Ｉ ½
½½
如果 日志数 目 诊断。这样用户可以足不出户就½够了解 自身的健康
从而 ½够 更加 快速 地采 取 正确 的应对 措½ 。 ４
图
有变化 ，
则更新 。然后显示更新后的记½。Ｕ ½½＿
情 况 ，
½ ½ Ｉ½
½½
½是 儿童教 育模 块 。小孩 放学 后 只需打开 家庭 服务机
½
１
主要代码 如 下 ：
器 人 ． 可 以在 此 模 块 中进行 打字 练 习 、 习单词 、
就
学
朗
Ｃ ½½ ½ ½ ½ （Ａ ½½ ½ ： Ｇ ½ ½ ）
Ａ½½ ½ Ａ½ Ｃ ½ Ａ ½ ）Ｍ½ ½
Ａ
½
：
Ａ½ （ ；
½
½ ½½ －￣ ½ ½ （ ＿ ½ Ｓ Ｌ（ ½ ½½ ½ ½ —
读课文等多方面的学习。一方面将小孩从枯燥 的课本
Ｒ Ｉ ½－Ｏ ½ ½ ½½ Ｑ ，Ｄ ½ ½ ）Ａ ½ ½
＿ －
½
Ｉ ½ ½
½ ½½ ½ ½½，½
Ｃ½ ½ ½½
½Ｏ½ ½Ｓ ½½ ，½ ½ ½
½ ½½½ ½Ｌ ½
学 习 中解 脱 出来 ， 一 方 面 。
另
也可 以让 父 母 安 心 地 工
½
½，
缓解教育小孩时间安排上的冲突。 ５½
图 （ 所示游戏
）
Ｏ½ ½½ ½， ½ ½ Ｔ ½）
½ ½ ½ ½ Ｃ ½ ½½
½ ½
；
模 块 是 为 了调 节 人 们 在 工 ½ 和 学 习上 的压 力 而 设 计
Ｉ （ ½ ½½ ½ ＝½ ½ ½½－ Ｒ ½ ½Ｃ ½ ½
½½½ ½Ｉ ½
＿
＿ Ｒ Ｌ ½ ＋ ½½½ ½½）
－
的，
人们可以在工½和学习之½ ，
进行适½的休息 ，
缓
½ ＿ ½Ｉ ½＝½ ½ ½½ － Ｒ ½½Ｃ ½ ½
½ ½½
＿
½
＿ Ｒ Ｉ ½－ ½½½ ½ ½ ；
＿ ＊
解 繁忙 的工½ 、 习所 带来 的压 力 。综 上所 述 ，
学
家庭服
Ｓ ½ Ｉ ½ ）½
½½ ＿ （ ；
½
务 的各个功½模块½是为缓解现代家庭所面临的各
３３实 时报警
．
通
家
旦 室 内发 生 触警 情况 ．
家庭 服 务机 器 人 的报警 种 问题 而 设计 的 ， 过 这 些 功 ½ 模 块 ， 庭 服 务机 器
主 要分 为两 部 分 ：）
½ 家庭 服 务机 器 人 所安 装 的报 警 器
人就½够为人们提供各种工½和生活方面 的帮助 ，
为
将发 出刺耳的报警音 ，
吓退入侵者 ；）
½ 家庭 服务机器 人们提供更加安全和舒适的生活环境。
人会 用 串 口连接 Ｇ Ｍ 手机 给在外 的主人发 送短 消 息 ，
Ｓ
报 告室 内发 生 异 常情 况 。 家庭 服 务机 器 人顶 部 的摄
而
像 头 也会 拍 摄 室 内 的实 时 图片存 入 自带 的存 储 器 中 。
½在外 的主人收到报警的短消息后 ，
可以通过互联 ½
－ 口 ０
和家 庭 服务机 器 人联 系 ， 存入 自带存 储 器 中的实 时
将
腑
盥 、
图片发送 给 主人 。 ½ 流程如 下 ：
具
腆
½ Ⅲ
曩
图４
家庭 服务主要 功½
（ ）串 口连接 手机 短 信模 块 和 在外 的主 人 联 系 ，
１
这是一 个基 于 Ｇ Ｍ 短消 息方式 的 Ｇ Ｓ系统 ；
Ｓ
Ｐ
５ 试 验 结 果
（ ） ½安 防½件 调 用 Ａ Ｅ ＿ ½½½Ｓ½½½（
２智
Ｖ Ｒ Ｃ ½½½½½½½ ）
图 ５½ 家 庭 服务 机 器 人 样机 ，
（１
是
其外 壳 上装 有无
½数 ½ 家 庭 服 务 机 器 人 的摄 像 头 工½ ，拍 摄 室 内 图
线 Ｃ Ｄ摄像头 、
Ｃ
超声波传感器 、
红外线传感器 、
光电编
片 ， 保存 到机器 人 自带 的存 储 器 中 ；
并
（ ）用 户 收到 家庭 服 务机 器 人 的报警 短 信 后 ，
３
可 码 器 ，它们 用 于 机 器人 在 室 内 自主导 航 和无 碰 撞 移
在
以直 接报 警 ，或 者 通 过 Ｉ½ ½½ 问带 有无 线 ½ 卡 的 动 。家 庭 服务 机 器人 内部装 有 智 ½安 防 ½件 ， 机 壳
½½ ½访
½
可燃气½探头等执行安防功½。 Ｃ
ＣＤ
家庭 服 务机 器人 ，
以期 得 到更 详细 的 确认 信 息 。家 庭
上装上火焰探头 、
服务机器人收到外部的请求后 ，通过 Ｃ½ ½ ½½½
½½½ ½½类
摄 像机 可 以拍 摄 室 内 的异常 情 况及 时 地反 馈 给 主人 。
½ Ｓ
½
）
以便选择所要用的串
的 Ｏ Ｓ½ （½数 将 存 储 器 中保 存 的 图片 发送 到 用 户
图（ 为串 口通信参数设½界面 ，
½½½ ）
口号 、
设½最大传输速率 、
传输过程中的数据½ 、
停止
所½ 用 的电脑 。
并将最终设½保存在注册表 中。图（
½
）
通过 以上 两种 方 法 。
家庭 服 务 机 器人 一 方 面 可 以
½等具½信息 ，
可
及 时地 发 出报 警信 号 ，
吓退 入 侵 者 。另一 方 面 用 户也
为 安 防 主界 面 ． 以看 到 主要 安 防 功½ 和 近期 所 发生
½是
主人 可 以
可 以通 过机 器 人 发 出 的报警 图 片 确认 室 内 的具 ½ 情 的触 发事 件 。 图（） 安 防数 据 库 连接 界 面 ，
随时地检 查某 天 所发 生 的具 ½安 防事件 。
况。
以采取适 ½的措½ ．
并有 效 地 防止错报 、 报 。
误
＿
＿
一
墓
一
４ 家庭 服 务功 ½ 设计
除 了上述 智 ½ 安防 功½ ，
家庭 服 务 功½ 也 有 重要
的应 用前 景 。 目前 ， 们 的工 ½ 压力 和 时 间持 续 地增
人
加 ，对 老 人 和小 孩 的 照顾 将 变 成 一个 十分 迫 切 的 问
题 ， 家庭 服 务 机器 人所 提 供 的服务 功 ½则 ½ 很 ½地
而
缓解 以上情 况 。家庭 服 务机器 人 所提供 的服务 主要 有
家庭 娱 乐 、
医疗保健 、
儿童教 育 、 时催 醒 等功 ½ 。 ４
报
图
（） 庭服 务模 块 的运 行 主界 面 。图 ４½所示 病 况监
½为家
（）
图 ５ 家庭服务机器人 与智½安防½件界面
视 模 块 中告 诉 专 家 病 情 和 专 家 询 问病 情 两个 子模 块
将 传 统 的智 ½ 安 防 系 统 与 现代 的 家 庭 服 务 机器
½够根据病人的一些特征结合 疾病 知识库来做 出正
从而产生了一种全新的具有智½安防
确 的判 断 ， 且 给 出相 应 的建议 和应 对措 ½ 。而 对 于
人结合在一起 ，
并
疾病 知 识库 维 护模 块则 可 以提 供 在线 更新 ，
以确 保疾 功 ½ 的家庭服 务 机器 人 。利 用 家庭服 务 机器人 的机 动
病知 识 库 的全 面 ，
½够 为用 户 提 供 更 加 准 确 、
完全 的 性 和 自律 ½力 ，
½智 ½ 安 防½ 够 在 运动 中（
见第 ７
４页）
一
６ 结 束 语
２ ４—３ ０ ， 邮局 订 阅号 ：２ ９ ６
１
６元 年
８ －４
维普资讯
http://www.cqvip.com
嵌 入 式 操 ½ 系 统 应 用
中文核心期刊 ½
：
微计算机信息 嵌入式与 Ｓ Ｃ２０ 年第 ２ 卷第 ２ 期
（
０） ６
０
２
－
２
ＰＰ 是保存 在 Ｏ Ｅ ½ ½½ 的高 ８½ 的 ，其½ ８½ 在
是要求具有高 速处理 。
Ｉ就
Ｓ ½ ½Ｃ ½
配½专一 ，
结构紧凑 和坚 固可
资 源无 任 务 占用 时为 ＯＦ ， 源 占用 时 为 占用 它 的 靠 等 特点 的 实 时 系统 ， 个正 确 ½迟 到 的结 果 同一 个
½Ｆ有资
一
嵌
任 务 的优 先级 。在 ½数 等待 一个 互斥 型信 号量 时 ，
就 错 误 的结 果 没有 什 么本 质 不 同。更 重要 的是 ： 入 式
½否 充 分 利用 现 有 资 源 ，
降½ 成
会 提取 ＰＰ和 占用 资源 的任 务的优 先级 ，如 果 占用 资
系统 是 成 本 敏 感 的 ，
Ｉ
源 的任 务 的优 先 级 比 ½前 任 务 的优 先 级 要 ½ （ 值
本对项 目
数
本身常常是决定性 的。只有对嵌入式操½系
对
大）
，
就需要提升占用资源的任务 的优先级为 ＰＰ 从而
统 的 内核有 深 刻 的 了解 ． 系统 调用 ½数有 充 分 的研
Ｉ，
让 占用 资 源 的 任 务从 速 释放 资 源 。 建 立 信 号 量 ： ½ 究 ， ½开 发 出稳定 ，
Ｏ—
才
高效 的嵌 入式 系统 ½件 。
参考文献 ：
Ｓ½Ｃ½½ ： 立互 斥信 号量 ： Ｓ½ ＭＣ½½等 等 。
½ ½½½ 建
０
Ｏ Ｓ½ ½½
０
『１
１
郭家 荣， ．Ｃ Ｄ
周耀 Ｄ — Ｃ开关 电源 管理芯片 的设计Ⅱ ，
】
微计算 机
３３任务 间 同步与通 信
．
２ ５１ ５ — ５
０
１
消息 队列是 ½／½Ｉ中的一 种任 务 间 同步 与通 信
信息 ， ０ ，： ２ １ ３
½½—Ｉ
机制 。因具 ½ 的应 用有 所不 同 ，
每个 指 针 指 向 的数 据
结构变 量也 有所不 同 。为 了½用 ½／½Ｉ
½ —Ｉ的消 息 队列
½
功½ ， 要在 Ｏ ＿ Ｆ ． 文 件 中 ， Ｏ ＿ ＿ Ｎ 常数 设
需
ＳＣ ＧＨ
将 ＳＱ Ｅ
½为 １
．并且通 过常 数 Ｏ — Ｘ Ｑ
Ｓ ＭＡ — Ｓ来 决定 Ｉ ／Ｓ Ｉ
½ Ｏ —１
Ｃ
（ 王学龙，
２
１
《
嵌入式 Ｖ Ｗ ½½
½ ½ 系统 开发 与应用》
½
【 屠祁 ，
３
】
屠立德，
《
操½系统基础》
【 李垣陵， ½½ 和 Ｕ Ｌ½½比较》
４
】
＜ ／½
＜
½
Ｃ½
½
½ 者简 介 ：
沈胜 庆 （９ ７ ） 男 （ 族 ） 湖 北武 汉 人 ，
１７ 一 ， 汉
，
武
支持 的最 多消息 队列数 。
消息 队列最 根 本 的部 分是 一 个 环 ½缓 冲 区 ， 调
（３ ０ ４ 湖 北 武 汉 武 汉 邮 电 科 学 研 究 院 ）沈 胜 庆
在
４ ０７
用创 建 消息 队列 的½数 时需 要 赋 给他 两个 参 数 ： 向
通 讯 地 址 ：
指
消 息 数 组 的 指针 和数 组 的 大小 。 例 如 ：½½＊ ½½—
（３ ０ ４ 武 汉 市 邮 科 院 路 ８
½½ Ｍ½ ½
４ ０ ７
８号 ½ 火 ½ 络 有 限 责 任 公
½½ＱＳＺ ½
½½ ［ＩＥ．
在创建 消息 队列 完毕 时 ，
这个 指 针 数组 就
司 研 发 部 ） 胜 庆
沈
被初 始 化 为一个 环 ½ 的缓 冲 区 ． 且返 回相 应 的 消息
并
（
投稿 ½ ２ ０ ． ６ （
＝ ０ ５ ． 修稿 日 ２ ０ ． １）
½
期：
８）
期： ５ ．
０ ８６
队列 的句柄 。任 务 间 同步 与通 信 的 系统调 用 有 ： 建
创
消 息 队列 ： Ｓ ½Ｃ ½½０ 删 除 消 息 队列 ： Ｓ ½Ｄ ½ （ 第 ２ ４页） 现 ， 服 了传 统 的 智 ½ 安 防 系统 范 围
Ｏ Ｍ½½ ½½ ；
½
Ｏ Ｍ½½ ½
接
１
实
克
汉 邮 电科学 研 究 院 ， 士研 究 乍 ，
硕
主要研 究 方 向 ：
Ｉ
Ｐ技
术 和嵌入式 系统½件 。导师 ： 少华教授 ， 士生 导师。
½
博
０ 向消息 队列 发 消 息 ：Ｓ ½Ｐ½ 向 消息 队 列接 收
；
Ｏ Ｍ½½ ½½
０；
消息 ： Ｓ ½Ａ ½½０
Ｏ Ｍ½½ ½½½等等 。
３
．
４内存管 理
为 了避免 内存碎 片 的问题 ，½ ½ Ｉ对 ½ ½ ½（
½ ／ —Ｉ
½
½½ ）
½ 和
½ ½ ½数 做 了改 进 ， 基 本 思 想 是 ： 连续 的大 块 内
½０
½
其
把
固定 、
功½ 有 限 等 缺 点 。 同时 加 上 清 洁 卫 生 、 品搬
物
运 、 电控 制 、 庭娱 乐 、 况 监视 、 童教 育 、 时催
家
家
病
儿
报
醒、
电话 接 听 等 功 ½ ， 而½ 家 庭 服 务 机器 人 ½够 提
从
供 更加 丰 富 和完 善 的功 ½ 。实 际 检测 结 果 表 明 ，
家庭
服 务机 器 人 比现 有 的智 ½安 防系 统更 加 灵 活 、可 靠 ，
存按 分 区来管理 。每个 分 区包 含 整数个 大小 相 同的 内 功 ½更 加完 善 ，
½够 为人 们 提 供更 加 舒适 和安 全 的 家
存 块 ， 样 ， 次 分 配 和 释 放 的 内存 块 就 是 固定 大 小
庭 生活环 境 。
这
每
的了 。
参 考 文 献
１严法高 ，
陈虹 ， 慧．
许
基于现场 总线 的电梯监控 系统 设计 ［½
Ｊ．
首 先 。 在 Ｏ ＿ Ｆ Ｈ 文 件 中 有 一 个 开 关
『½
Ｓ Ｃ Ｇ．
２ ５６８— ８
０
ＯＳ
Ｍ ＥＭ
Ｑ Ｅ Ｙ Ｅ 抉 定 ½用 内存 管理 与否 。然后 ，
微计算机信息， ０ ，：５８
Ｕ Ｒ ＿Ｎ
１
谭思亮，½ ½ ½ ＋ ３
Ｖ½ ½ ＋ 串１
½
通信工程开发实例导航 ，
北京，
人民
＿
—
½ 用 所 谓 内 存控 制 块 （ Ｂ 的 数 据 结 构 跟 踪 每 一 个
ＭＣ ）
邮 电 出版 社 ，０ ３ １Ｐ ．１＿ Ｏ ；
２ ０ — ，Ｐ３ ５ ４ ６
内存 分 区 ． ＭＣ 中的成员 Ｏ Ｍ½ ½½½ 把 本 内存
［】 Ｈ½ ½Ｂ．½½Ｒ．．½½½， ½ ½½ ½½Ａ½½½½ ½½－
在
Ｂ
Ｓ ½Ｆ½Ｌ½
½
３Ｍ． ½ ， Ｇ½， ＤＳ½½½Ｒ ½½ Ｈ½ ½ ½ ½ ½ Ｏ—
½
½
Ｃ
分 区 中所有可用 的内存块链 接成 一个 单 向链表 。成员
½ ½Ｐ½ ½—Ｐ½ ½ ½—Ｆ ½½ Ｐ½½½½½ ½ ½½ ０ ２ Ｉ Ｅ Ｉ½
½； ½
½½ ½
½ ½ ½． ½ ½ ½ ½ ½ ½ ２ ０
ＥＥ
½．
Ｏ Ｍ½ Ｂ½½
Ｓ ½ ½Ｓ½
½和 Ｏ Ｍ½ Ｂ½ ． ½ 内存 分 区 的 内存
Ｗ ½½½½ Ｏ½ ½ ½ ½ Ｈ½ ½ Ｉ½½½½½ ½ ½½½½½，
Ｓ ½Ｎ ½½记
½½ ½
Ｒ½ ½ ½ ½
½½
½½½ ½ Ｃ ½½½ ½ ½
½
½
０
Ｐ ３０ ８
块 的大小 和数 量 （ 们 的乘 积 ½然就 是分 配 的 内存 区
２ ０２—９， Ｐ．８ —３ ５；
他
４ ½½ ½ Ｉ Ｙ ½½ ＨＡ Ａ， ½ ½½ Ａ Ｓ Ｔ ½ ½
½
½
½
的大小 。） Ｂ的初始 化工½ 由建立 内存 分 区 的½数
『】 Ｓ½½½ ＪＡ， ½½½ Ｄ Ｋ ½½ ½½ Ｔ ＫＡ Ｅ，½½½½
ＭＣ
Ｒ ½ ½ Ｓ ½½
½ ½½ ½ ½½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½
½
½ Ｓ ½ ½½ Ｅ½ ½
½
½ ½ Ｄ½½ ½ Ｐ ½ ½
½½½ ½½½，
Ｏ Ｍ½ Ｃ ½½０ 完 成 。 的返 回值 就是 一个 指 向这 个
Ｓ ½ ½½ 来
½
它
Ｐ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ２ ０ Ｅ ／ ＭＥ Ｉ ½ ½ ½½ ½ ½ Ｃ ½ ½ ½ ½ ½
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ０ ３ Ｉ ＥＥ ＡＳ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½
½
ＭＣ 的指 针 。这 样 ½调 用 ½数 Ｏ Ｍ½ ½ ０ 和 Ｏ —
Ａ½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½½Ｍ½½ ½½ ½½½， ０ ３ ７， １ ＰＰ． １ ３ ２８；
Ｂ
Ｓ ½Ｇ ½
½
½ ½ ½ Ｉ ½ ½½½ ½ ½ ½ ２ ０ — Ｖ½ ．
½
２， １ ２ —１
１
Ｍ½ ½ ０ 分 配 和 释放 内存时 实 际 上就 是更 新 由 Ｏ —
½Ｐ ½
Ｓ
Ｍ½ Ｆ½Ｌ½链 接 的链 表 。 配 内存就 是从链 表 中取 出
½ ½½½
½
分
内存 块 ，
释放 内存 就是 把 内存 块还 回链 表 中 。 内存 管
理 的系 统调用 有 ： 立 内存分 区 ： Ｓ ½ ½½ ０： 配
建
Ｏ Ｍ½ Ｃ½½ 分
½
个 内存块 ： Ｓ ½Ｇ ½；
Ｏ Ｍ½ ½０ 释放 一个 内存块 ：Ｓ ½Ｐ ½
Ｏ Ｍ½ ½
一
½者简介 ：
刘狲 ， ，９０ ，
男 １８ 一 汉族 ，
华南理工大学计算
机 科 学 与工 程 学 院 ， 士研 究 生 ， 贯 ： 南 ； 究 方
硕
籍
河
研
向 ： ½机器 人 ；½½ ½½½ ½½½ ． ； 峰 ， ，
智
Ｅ ½ ½½½＠½½． ½½ 肖南
½
½ ½
男
１６一 汉族 ，
９２ ，
华南理工大学计 算机科学与工程学院 ，
教授 ， 学博 士 ， 贯 ：
工
籍
江西 ；
研究 方 向 ： ½机 器人 ；
智
（１ ６ １ 广 州 市 华 南 理 工 大 学 计 算 机 科 学 与 工 程 学
５ ０４
院 ）刘 ½ 肖南 峰
中
（
投稿 日 ： ０ ．１） （
期２ ５ ．
０ ８ ２ 修稿 日胡２０．２）
½： ５ ．
０ ８６
０
等等 。
４ 结 束 语
与一 般 的计算 机 应用 相 比 ， 入式 应 用 系 统往 往
嵌
一
７
４— ３ Ｏ ， 邮 局 订 阅 号 ：２９ ６
６元 年
８ ４
京公网安备 11010802033920号
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