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基于TMS320F2812的机器人控制系统的设计与实现

作　者: 徐歌
导　师: 王忠勇
学　校: 郑州大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 机器人 运动控制 自主定位 模块化设计 脉宽调制
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 95次
引　用: 1次
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内容摘要


本课题以中国机器人大赛为平台,针对大赛中的武术擂台赛仿人组的比赛任务对机器人的控制系统进行了研究和设计。机器人武术擂台赛是中国机器人大赛的一个对抗性比赛项目,在比赛中两个完全自主的机器人通过多种传感器感知环境信息及相互位置,然后利用执行机构互相搏击,直至将对方击打出擂台区域。本文以高性能DSP处理器TMS320F2812为核心设计控制系统,其目的在于为机器人武术擂台赛提供一个可靠、开放性强的控制系统。同时,论文对机器人的运动控制方法进行研究,使控制系统可以满足实时、高速、高精度控制的要求。论文中,将武术擂台赛机器人控制系统分为四个模块：机械模块、主控模块、驱动模块和信息采集模块。机械模块是机器人其它模块安装和功能实现的载体,主控模块选用了适合作电机控制的高性能的DSP芯片TMS320F2812为主控芯片,驱动模块是整个机器人的动力机构,信息采集模块负责感知环境信息,并将信息传递给主控系统。其次,论文对硬件电路进行了设计和实现,主要包括主控芯片及其外围电路的设计、电源电路的设计、通信电路的设计、信息采集电路的设计、驱动电路的设计及显示电路的设计。然后,在实现硬件平台的基础上对控制系统的软件部分进行了模块化的设计,主要有驱动模块、通信模块和显示模块,论文对机器人整体运动的控制算法进行了分析。最后,通过系统调试测试硬件及软件是否符合要求,使系统整体达到设计要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-12
  1.1 机器人控制系统研究背景  9
  1.2 机器人控制系统发展现状  9-10
  1.3 课题来源及研究意义  10
  1.4 论文主要研究内容  10-12
2 控制系统原理  12-26
  2.1 武术擂台赛机器人的组成  12-13
  2.2 机械模块设计  13
    2.2.1 底盘设计  13
    2.2.2 躯干设计  13
  2.3 机器人的主控模块设计  13-19
    2.3.1 事件管理器模块  14-16
    2.3.2 PWM波形的产生  16-19
  2.4 驱动模块设计  19-22
    2.4.1 舵机  19-20
    2.4.2 舵机驱动  20-21
    2.4.3 直流电机  21
    2.4.4 直流电机驱动  21-22
  2.5 通信模块设计  22
  2.6 采集模块设计  22-25
    2.6.1 传感器选型及其原理  22-24
    2.6.2 采集信息处理  24-25
  2.7 本章小结  25-26
3 控制系统的硬件设计  26-38
  3.1 控制系统硬件组成  26
  3.2 DSP电路设计  26-30
    3.2.1 复位电路  26-27
    3.2.2 时钟电路  27-28
    3.2.3 仿真调试接口  28
    3.2.4 外部扩展存储器  28-30
  3.3 电源电路设计  30
  3.4 通信电路设计  30-32
    3.4.1 USB通信电路设计  30-31
    3.4.2 半双工RS-232串口通信  31-32
  3.5 信息采集电路设计  32-34
    3.5.1 模拟信号的采集  32-34
    3.5.2 数字信号的采集  34
  3.6 驱动电路设计  34-36
    3.6.1 舵机驱动  34-35
    3.6.2 直流电机驱动  35-36
  3.7 显示电路设计  36-37
  3.8 本章小结  37-38
4 控制系统的软件设计  38-53
  4.1 开发环境简介  38-39
  4.2 软件总体结构及设计  39-44
    4.2.1 机器人控制系统软件主要任务  39
    4.2.2 机器人控制系统初始化和主程序  39-42
    4.2.3 系统策略控制程序  42-44
  4.3 功能模块的软件实现  44-52
    4.3.1 驱动模块  44-46
    4.3.2 通信模块  46-52
    4.3.3 液晶显示模块  52
  4.4 本章小结  52-53
5 机器人运动控制算法分析  53-59
  5.1 武术擂台赛场描述  53-54
  5.2 场地定位算法分析  54-57
  5.3 边缘检测算法分析  57-58
  5.4 本章小结  58-59
6 系统调试及结果分析  59-63
  6.1 系统基本电路检测  59
  6.2 系统外围器件的检测  59
  6.3 运动控制检测及结果分析  59-62
    6.3.1 测试过程  59-60
    6.3.2 测试结果  60-62
  6.4 本章小结  62-63
7 结论与展望  63-64
  7.1 结论  63
  7.2 展望  63-64
参考文献  64-66
致谢  66-67
个人简历  67

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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