基于DSP的轮式移动机器人控制系统设计

论文摘要

机器人技术综合了精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动技术、传感与信息处理、人工智能与仿生学等多种学科的最新研究成果,是一门跨学科的综合性技术。机器人技术的出现和发展,不但使传统的工业生产和科学研究发生根本性的变化,而且将对人类的社会生活产生深远的影响。目前,在机器人技术的研究中,移动机器人由于其实用性和智能性,受到越来越多的人的关注。本文介绍了一种基于TMS320F2812而设计的轮式移动机器人。设计该机器人,首先需要详细的分析并设计该移动机器人的系统结构,其系统结构包括机械结构和电气结构两部分。该移动机器人的机械结构使用了常用的轮式移动小车的结构,采用双轮差速驱动方式运动。而其电气结构包括处理器模块、信息采集模块、执行机构与驱动控制模块和其他功能模块。然后根据其电气系统结构框架来设计和实现其控制系统的硬件电路,包括DSP最小系统、电源模块电路、键盘显示电路、信息采集电路、通信电路、驱动板电路等。最后在完成硬件电路的基础上,设计并编写控制系统的软件程序,该程序可实现对传感器数据的显示、无参照物时的非寻迹导航运动、地面有白线时的寻迹导航运动,以及抓取和搬运物品的任务。另外,在本机器人系统的设计当中,为了使其具有可持续的发展能力,预留了足够多的I／O接口和通信接口,使得其只需要简单的增加传感器和其他器件就能实现该机器人功能的扩展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 移动机器人的研究背景和意义
• 1.2 移动机器人的国内外研究现状
• 1.3 移动机器人研究关键技术
• 1.3.1 移动机器人的定位、导航与路径规划
• 1.3.2 移动机器人的智能技术
• 1.3.3 多传感器融合技术
• 1.4 本课题主要内容
• 2 移动机器人系统结构设计
• 2.1 机器人的机械结构总体概述
• 2.2 机器人的电气结构总体概述
• 2.3 处理器模块
• 2.3.1 控制系统控制模式的选择
• 2.3.2 主处理器的选择
• 2.4 信息采集模块
• 2.4.1 光电开关
• 2.4.2 光纤传感器
• 2.4.3 码盘（光电编码器）
• 2.4.4 陀螺仪
• 2.4.5 电子罗盘
• 2.5 通信模块
• 2.6 执行机构与驱动控制模块
• 2.6.1 电机的选择
• 2.6.2 驱动控制模块
• 2.7 其他功能模块
• 2.7.1 电源模块
• 2.7.2 键盘显示电路
• 2.7.3 拨断开关模块
• 2.7.4 数字I/O口扩展
• 2.8 机器人系统电气结构图
• 2.9 本章小结
• 3 移动机器人控制系统硬件设计
• 3.1 DSP最小系统设计
• 3.1.1 XMP/MC引脚配置电路
• 3.1.2 时钟电路
• 3.1.3 JTAG仿真接口
• 3.1.4 外部存储器
• 3.1.5 电平转换
• 3.2 电源模块电路设计
• 3.3 键盘显示电路设计
• 3.4 拨断开关电路
• 3.5 数字I/O口扩展电路
• 3.6 通信模块电路设计
• 3.6.1 RS232通信电路设计
• 3.6.2 CAN通信电路设计
• 3.6.3 SPI通信接口
• 3.7 信息采集模块电路设计
• 3.7.1 开关量信号输入传感器电路
• 3.7.2 陀螺仪电路设计
• 3.8 驱动板电路设计
• 3.9 本章小结
• 4 移动机器人控制系统软件设计
• 4.1 软件开发环境
• 4.1.1 DSP开发环境
• 4.1.2 伺服驱动器初始化
• 4.2 控制系统主程序设计
• 4.3 测试子程序设计
• 4.4 非寻迹导航运动子程序设计
• 4.4.1 非寻迹导航直线运动子程序
• 4.4.2 非寻迹导航旋转运动子程序
• 4.5 寻迹导航运动子程序设计
• 4.5.1 传感器布局
• 4.5.2 寻迹导航直线运动子程序
• 4.5.3 寻迹导航旋转运动子程序
• 4.6 抓取和提升物品子程序设计
• 4.7 功能模块化编程设计
• 4.7.1 CAN通信模块
• 4.7.2 RS232通信模块
• 4.7.3 I/O接口模块
• 4.7.4 QEP正交编码
• 4.7.5 PWM信号输出
• 4.7.6 A/D转换模块
• 4.8 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献