基于DSP小型地面移动机器人运动控制系统设计毕业设计
工业机器人的论文范文
工业机器人论文基于DSP运动控制器的5R工业机器人系统设计摘要：以所设计的开放式5R关节型工业机器人为研究对象，分析了该机器人的结构设计。
该机器人采用基于工控PC及DSP运动控制器的分布式控制结构，具有开放性强、运算速度快等特点，对其工作原理进行了详细的说明。
机器人的控制软件采用基于Windows平台下的VC++实现，具有良好的人机交互功能，对各组成模块的作用进行了说明。
所设计的开放式5R工业机器人系统，具有较好的实用性。
关键词：开放式；关节型；工业机器人；控制软件0引言工业机器人技术在现代工业生产自动化领域得到了广泛的应用，也对工程技术人员提出更高的要求，作为机械工程及自动化专业的技术人才迫切需要掌握这一先进技术。
为了能更好地加强技术人员对工业机器人的技能实践与技术掌握，需要开放性强的设备来满足要求。
本文阐述了我们所开发设计的一种5R关节型工业机器人系统，可以作为通用的工业机器人应用于现场，也可作为教学培训设备。
1 5R工业机器人操作机结构设计关节型工业机器人由2个肩关节和1个肘关节进行定位，由2个或3个腕关节进行定向，其中一个肩关节绕铅直轴旋转，另一个肩关节实现俯仰，这两个肩关节轴线正交。
肘关节平行于第二个肩关节轴线。
这种构型的机器人动作灵活、工作空间大，在作业空间内手臂的干涉最小，结构紧凑，占地面积小，关节上相对运动部位容易密封防尘，但运动学复杂、运动学反解困难，控制时计算量大。
在工业用应用是一种通用型机器人¨。
1.1 5R工业机器人操作机结构所设计的5R关节型机器人具有5个自由度，结构简图如图1所示。
5个自由度分别是：肩部旋转关节J1、大臂旋转关节J2、小臂旋转关节J3、手腕仰俯运动关节J4和在旋转运动关节J5。
总体设计思想为：选用伺服电机（带制动器）驱动，通过同步带、轮系等机械机构进行间接传动。
腕关节上设计有装配手爪用法兰，通过不断地更换手爪来实现不同的作业任务。
1.2 5R工业机器人参数表1为设计的5R工业机器人参数。
世界技能大赛移动机器人运动控制系统设计
0引言世界技能大赛由世界技能组织举办，被誉为“技能奥林匹克”，是世界技能组织成员展示和交流职业技能的重要平台，比赛项目共分为6个大类，分别为结构与建筑技术、创意艺术和时尚、信息与通信技术、制造与工程技术、社会与个人服务、运输与物流。
移动机器人项目属于制造与工程技术领域的赛事之一，随着制造业的转型升级，技能人才的培养也扮演着越来越重要的角色，为了更好地推广移动机器人项目，让更多的院校参与世界技能大赛，让更多的学生学会利用自动控制技术设计世界技能大赛所需的移动机器人，笔者将几年来对移动机器人电机控制、运动规划方面的一些技巧及实现做了总结，旨在让更多的参与者快速学会对移动机器人的控制，更好地推动移动机器人相关专业的发展。
1系统组成1.1系统基本构成世界技能大赛移动机器人项目一般要求参赛队伍所制作的移动机器人具有较为灵活的移动能力，为了满足这一条件，普遍采用全方位移动的机器人设计。
全方位移动机器人具有全方位运动能力，其实现方式关键在于全方位的轮系结构，该结构具备每一个大轮边缘套有小轮的机构，能够避免普通轮系不能侧滑带来的非完整性运动限制，从而实现全方位运动。
在比赛中，机器人较为常用的底盘是用 3 个全向轮组成的底盘运动控制系统。
其中，三个全向轮运动轴心夹角按照 120°进行设计，之间通过3条横梁互为60°连接构成，如图1所示，底盘三个全向轮由独立的电机驱动。
底盘运动信息主要通过三个360线的编码器和一个9轴陀螺仪获取。
图1 三轮机器人效果图（左）及实物图（右）1.2系统主体框架世界技能大赛移动机器人项目所设计的机器人，既要考虑到实用性，又要考虑到使用提供指定套件来搭建。
整个指定套件提供了4个直流电机、3个舵机、1个陀螺仪、2个超声波传感器、2个红外传感器、2个限位开关，设计的机器人需要依赖于上述提供的电气元件。
笔者所使用的三轮平台由核心控制模块（MYRIO）、传感器检测模块、世界技能大赛移动机器人运动控制系统设计 章安福（广州市工贸技师学院，广州，510000）摘 要世界技能大赛移动机器人项目要求设计的机器人能够在2m×4m的平面场地中完成一定的任务，而全向轮式移动机器人为非完整性约束系统，机器人可向任意方向做直线运动而不需事先做旋转运动，同时可执行复杂的弧线运动。
机器人运动控制系统设计及性能测试
机器人运动控制系统设计及性能测试机器人作为新型智能装备，已经广泛应用于工业生产、医疗护理、交通运输等领域。
而机器人的核心就是运动控制系统，它可以通过精准的控制让机器人执行各种动作。
本文将探讨机器人运动控制系统的设计及性能测试。
一、运动控制系统的设计机器人运动控制系统主要包括运动规划、运动控制及驱动三个部分。
其中，运动规划会将机器人需要完成的任务转化为一系列运动路径和姿态，运动控制则是根据运动规划器输出的目标位置，通过PID等算法控制机器人运动，最后驱动则将控制器的输出转化为实际电机转速。
1. 运动规划运动规划的主要目的是根据机器人的结构以及需要完成的任务，设计出相应的运动轨迹。
运动轨迹包括关节空间轨迹和末端执行器空间轨迹。
关节空间轨迹是指机器人各个关节的运动轨迹，而末端执行器空间轨迹则是指机器人末端执行器的运动轨迹。
关节空间轨迹的生成通常使用插值方法，将关节空间的运动轨迹分解为多个插补段，然后通过计算每个插补段的时间和加速度，使机器人在每个时间点上达到期望的关节位置和速度。
末端执行器空间轨迹的生成则需要根据机器人末端执行器的运动学结构，将关节空间轨迹转换为末端执行器空间轨迹。
常用的运动学模型包括正解模型和逆解模型。
2. 运动控制运动控制器将运动规划器输出的目标位置转化为各个电机的控制电压或PWM 信号。
其中，PD控制器是最常见的运动控制算法。
PD控制器的控制方程可以表示为：u(t) = Kp*e(t) + Kd*(de/dt)其中，e(t)为实际位置和期望位置的差，de/dt为实际速度和期望速度的差，Kp 和Kd分别为位置增益和速度增益。
PD控制器的优点是简单易实现，但也有其缺点，如对于非线性系统的控制效果欠佳。
3. 驱动电机驱动器将运动控制器输出的电压或PWM信号转化为实际电机转速。
常用的电机驱动器有PWM电机驱动、直流电机驱动和步进电机驱动等。
二、性能测试机器人运动控制系统的性能测试是确定其控制精度、动态性能和稳定性的关键环节。
基于运动控制器的SCARA机器人及控制系统设计
1绪论1.1 SCARA机器人的现状、发展SCARA（平面关节型）机器人是一种精密型装配机器人，在水平方向具有顺应性，在垂直方向具有很大的刚性，具有速度快、精度高、柔性好等特点，采用伺服电机驱动，可应用于电子、机械和轻工业等有关产品的自动装配、搬运、调试等工作。
迄今为止，SCARA机器人仍被认为是自动加工生产中不可或缺的元素。
在各种自动机械手臂的选择中，SCARA是被广泛认可的。
由于它的速度、成本效率、可靠性和在工作过程中的小轨迹，使它在很多的工作中仍然是最好的机器人，比如：分配、装载、包装、安放以及装配和码跺等。
近年来，其有效载重能力的提高，对智能系统地整合以及末端感应器种类的增加等因素都很好的扩展了SCARA机器人的应用。
但是，对于机器人的控制大部分仍是以嵌入式单片机为核心的 ,其运算速度和处理能力远不能满足机器人控制系统飞速发展的需要 ,日益成为阻碍机器人技术进步的瓶颈。
随着以电子计算机和数字电子技术为代表的现代高技术的不断发展 ,尤其是高速度数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）的出现 ,从根本上解决了嵌入式系统运算能力不足的问题 ,并为机器人运动控制系统的改进提供了新的途径。
该设计正是从这一点出发 , 选用控制能力很强的DSP芯片作为机器人控制器的主处理器 ,设计出一套功能强大、使用方便的机器人运动控制系统 ,从根本上解决了单片机带来的各种问题。
1.2 运动控制器的现状、发展目前，国内外的运动控制器大致可以分为3类：（1）以单片机或微处理器作为核心的运动控制器。
这类运动控制器速度较慢，精度不高，成本相对较低。
在一些只需要低速点位运动控制和对轨迹要求不高的轮廓运动控制场合应用。
（2）以专用芯片（ASIC）作为核心处理器的运动控制器。
这类运动控制器结构比较简单，但这类运动控制器大多数只能输出脉冲信号，工作于开环控制方式。
这类控制器对单轴的点位控制场合是基本满足要求的，但对于要求多轴协调运动和高速轨迹插补控制的设备，这类运动控制器不能满足要求。
基于RobotStudio机器人毕业仿真设计
附件：毕业论文（设计）封面格式学生毕业论文(设计)基于RobotStudio工业机器人电机装配工作站虚拟仿真设计教学系(部)：XXXXXXX专业.年级： XXXXX_学号：_XXXXXXX学生姓名：XXXXX成绩：_____87____________指导教师：_XXX年月日目录1 设计背景1.1 设计背景1.2 设计意义1.3 设计的主要内容2.设计要求3.机器人选型与工作站布局3.1 设计流程图3.2 机器人选型3.3 总体框架3.2 机器⼈模型选择与使用的模块4 仿真系统的设计4.1 I/O板与机器人信号4.2 Smart 组件设计4.3 示教器程序编写4.4 总流程程序编写5 总结展望5.1 总结5.2 展望参考⼈献基于RobotStudio工业机器人电机装配工作站虚拟仿真设计摘要：在制造企业产品设计和制造的过程中，计算机仿真一直是不可或缺的工具，它在各种电器，汽车配件生产，工厂加工等方面发挥了巨大作用。
制造业竞争的日趋激烈，人们对机器人的设计提出更高的要求：用仿真设计出框架，实现直接装备。
从发展的历程来看，机器人是仿真技术在制造业中应用的新趋势。
本篇主要论述机器人对工作站三个完整工件的装配，需要用到I/O信号、Smart 组件、机器人示教器等；并在仿真设计中提高自己对软件的使用能力，增加专业知识，提高逻辑能力。
1 设计背景与意义1.1 设计背景在许多从事机器人研究的部门都装备有功能较强的机器人仿真软件系统，它们为机器人的研究提供了灵活和方便的工具。
例如，美国Cornell 大学开发了一个通用的交互式机器人图形仿真系统INEFFABELLE，它不是针对某个具体机器人，而是利用它可以很容易建立所需要的机器人及环境的模型，并且具有图形显示和运动的功能。
西德Saarlandes大学开发了一个机器人仿真系统R0BSIM，它能进行机器人系统的分析、综合及离线编程，。
MIT开发了一个机器人CAD软件包OPTARMⅡ，它可用于时间最优轨迹规划的研究。
移动机器人底层运动控制系统的设计的开题报告
移动机器人底层运动控制系统的设计的开题报告一、选题背景和意义移动机器人是指通过各种机械、电器及计算机等技术手段，以自主或遥控方式从事特定任务的机器人。
其不仅可以在工业场景中实现一系列生产线自动化流程，也可以应用于智能家居、医疗护理、灾难救援、探测勘探等领域的智能化操作。
然而，移动机器人在运动控制方面仍然存在许多挑战。
例如复杂的运动规划、不同地形下的障碍物避开、精确的位置控制等问题。
因此，设计一种稳定可靠、运动控制性能良好的底层运动控制系统对于移动机器人的发展至关重要。
二、主要研究内容本论文拟研究的是移动机器人底层运动控制系统的设计。
具体包括以下内容：1.移动机器人的运动学模型建立与分析，包括轮式移动机器人（差动驱动和全向轮驱动）和腿式移动机器人等类型。
2.运动控制算法设计与开发，如PID控制、模糊控制、自适应控制等，并进行性能优化。
3.运动规划算法研究，包括最短路径算法、避障算法等，以实现自主避障、路径规划和运动控制等功能。
4.实验验证和性能评价，通过搭建各类机器人实验平台，开展实验验证并对控制系统的性能进行评价。
三、预期成果和创新点通过本论文的研究，预期可以取得以下成果：1.建立移动机器人运动学模型，并实现底层运动控制系统的设计，使机器人能够实现自主导航、环境感知和运动控制等基本功能。
2.设计运动控制算法并优化，提高机器人运动控制精度和响应速度，同时确保控制系统的稳定性。
3.研究运动规划算法，实现机器人的自主路径规划和避障等功能，提高机器人运动控制的智能化水平。
4.通过实验验证和性能评价，对所设计的控制系统进行测试和评价，保证了机器人的可靠性和稳定性。
本论文的创新点在于：1.引入运动规划算法，提高机器人智能化水平，使其能够实现自主避障、路径规划和运动控制等功能。
2.优化运动控制算法，提高机器人运动控制精度和响应速度，同时确保运动控制的稳定性。
3.实验验证与性能评价，从实验的角度对控制系统进行测试和评价，保证了机器人的可靠性和稳定性。
《2024年基于ROS的机器人移动平台的设计与实现》范文
《基于ROS的机器人移动平台的设计与实现》篇一一、引言随着科技的快速发展，机器人技术已经深入到各个领域，其中机器人移动平台作为机器人技术的重要组成部分，被广泛应用于工业生产、医疗、服务等多个领域。
近年来，ROS（Robot Operating System）作为一款开放性的机器人开发平台，以其模块化、灵活性的特点受到了广泛的关注。
本文将基于ROS平台，详细介绍一款机器人移动平台的设计与实现。
二、需求分析在设计机器人移动平台之前，首先需要明确平台的使用需求和目标。
在此，我们的设计目标是构建一款能够在复杂环境中自主导航、灵活移动的机器人移动平台。
主要功能包括：自主导航、避障、路径规划等。
同时，考虑到平台的可扩展性和易用性，我们将采用模块化设计，使得平台可以方便地添加新的功能模块。
三、系统设计1. 硬件设计机器人移动平台的硬件部分主要包括底盘、电机、轮子、传感器等。
底盘采用铝合金材质，具有较高的承载能力和稳定性。
电机选用高性能无刷电机，配合轮子实现平稳的移动。
传感器部分包括激光雷达、超声波传感器等，用于实现自主导航和避障功能。
2. 软件设计软件部分采用ROS平台进行开发。
首先，在ROS中创建一个新的工作空间，并添加所需的ROS包。
然后，设计各个模块的通信接口和功能实现。
主要模块包括运动控制模块、传感器数据处理模块、导航模块等。
运动控制模块负责控制电机的运动，传感器数据处理模块负责处理传感器数据并生成导航信息，导航模块则根据传感器数据和地图信息实现自主导航和避障功能。
四、系统实现1. 硬件实现根据硬件设计图，完成机器人移动平台的组装和调试。
确保底盘平稳、电机运转正常、传感器工作稳定。
2. 软件实现在ROS中编写各个模块的代码，实现各个模块的功能。
运动控制模块通过ROS的节点（Node）和发布者（Publisher）实现电机的控制；传感器数据处理模块通过订阅者（Subscriber）获取传感器数据，并进行处理和计算；导航模块则根据地图信息和传感器数据实现自主导航和避障功能。
毕业设计论文--机器人
煤矿救援机器人是一种能够在煤矿井下灾害环境遥控或自主导航工作的机器人，能代替煤矿的搜救队员深入井下，抢救矿难后被困矿工，并以这种方式减少甚至避免救护队员的伤亡。
同时在煤矿爆炸事故后的探测救援过程中，救护人员在井下高温环境下负重作业，其体力以及氧气消耗都很大。
救援机器人主要作用是代替救护人员搬运、转移伤员和遇难者至安全区域，而且救援机器人需要携带必要的救护设备和仪器，因此救援机器人应该具有足够大的尺寸和动力以及良好的续航能力。
首先，本文在满足上述要求的基础上，设计了煤矿救援机器人行走机构的机械部分。
在综合比较后选择轮式的行走机构。
同时考虑到救援机器人的特殊工作环境，通过链传动实现了各轮的同步移动，克服了轮式移动机构跨沟能力差及易打滑等缺点。
参照PACKBOT机器人增加摆臂，机器人伸出摆臂有利于越障。
其次，详细设计了煤矿救灾机器人控制系统的硬件电路，包括数据采集单元电路、运动控制单元电路、编码器解析单元电路等。
关键字：轮式；同步移动；摆臂；数据采集；运动控制Coal mine rescue robot is one kind of robots used in underground destroyed coal mine. It can rescue trapped miners in the underground instead of mine rescue team after mine disaster. It will avoid casualties of mine rescue team in this way. At the same time after the explosion and the rescue process of detection in the coal mine, mine rescue team in underground load operation under high temperature environment, and their physical as well as consumption of oxygen is huge. A major role in the coal mine rescue robot is to replace the mine rescue team to transport, and transfer the wounded and the victims to a safe area. Rescue robots had to carry the necessary equipment and apparatus, so the rescue robot should have sufficient size and power and good endurance capacity.First of all, on the basis of these requirements, I designed the mechanical parts of the coal rescue robot. In comparison, I choose the wheel body. At the same time, I take the special working environment for the coal mine rescue robot into account, so I try to achieve all-round mobile synchronization through the chain drive. And it can overcome the shortcomings of Wheeled Mobile institutions such as the cross-channel capabilities and easy to spin. In refer to PACKBOT robot, I design the arm for the robot, so it can across the barriers more easily.Secondly, hardware circuit of robot control system is designed in detail, such as data acquisition unit circuit, motion control unit circuit; encoder analyzing unit circuit and so on.Keyword：Wheeled；Sync mobile；Arm；Data Acquisition；Motion Control目录1绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 设计背景、意义 (1)1.2.1设计的背景和意义 (1)1.3 设计基础 (3)1.4 国内外研究与应用现状 (4)1.5 本章小结 (5)2行走机构方案确定 (6)2.1 煤矿灾害现场特征 (6)2.2 矿井灾害的非结构环境特征 (7)2.3 行走机构方案选择与确定 (7)2.3.1轮式机器人 (7)2.3.2 履带式机器人 (8)2.3.3 腿式机器人 (9)2.3.4 其它形式机器人 (9)2.4 行走方案的确定 (11)2.5 本章小结 (11)3机器人行走机构的机械设计 (13)3.1 机器人行走机构总体方案 (13)3.1.1 主传动系统设计 (14)3.1.2 摆臂方案设计 (14)3.2 机器人行走机构具体设计 (15)3.2.1 主传动系统的具体设计 (15)3.2.2 摆臂方案的具体设计 (38)3.3 本章小结 (42)4 电气系统的分析与设计 (43)4.1 数据采集单元电路 (43)4.1.1 A/D转换电路设计 (43)4.1.2 高速光耦电路设计 (45)4.1.3 串行通信电路设计 (46)4.1.4 单片机程序设计 (47)4.2 运动控制单元电路 (48)4.2.1 后轮电机驱动电路 (48)4.2.2 摆臂电机驱动电路 (49)4.2.3 串行通信电路设计 (50)4.2.4 单片机程序设计 (51)4.3 编码器解析单元电路 (55)4.3.1 电路设计 (55)4.3.2 单片机程序设计 (56)4.4 本章小结 (57)5 结论 (58)参考文献： (59)翻译部分： (61)英语原文 (61)中文翻译 (68)致谢............................................. 错误!未定义书签。
机器人控制系统设计
机器人控制系统设计机器人控制系统设计是机器人研发的关键环节之一。
一个优秀的控制系统可以确保机器人能够准确地感知环境、自主决策、有效地执行任务，提高机器人的整体性能和智能化水平。
本文将从以下几个方面探讨机器人控制系统设计。
一、引言随着人工智能技术的不断发展，机器人已经广泛应用于生产、生活、医疗等诸多领域。
机器人控制系统是机器人的核心部分，它负责接收传感器输入的信息，根据预设的程序或算法进行处理，并产生相应的控制信号，以控制机器人的行动。
因此，设计一个性能优良的机器人控制系统，对于提高机器人的智能化水平和工作效率具有至关重要的意义。
二、系统架构机器人控制系统的架构通常包括以下几个主要组成部分：1、传感器接口：用于接收来自传感器的信息，包括环境感知、自身状态等传感器数据。
2、信息处理单元：对接收到的传感器数据进行处理和分析，提取有用的信息以供控制系统使用。
3、决策单元：根据信息处理单元输出的信息，做出相应的决策和控制指令。
4、执行器：接收决策单元发出的控制信号，驱动机器人执行相应的动作。
5、电源管理单元：负责整个控制系统的电源供应，确保系统的稳定运行。
这些组成部分通过一定的通信协议和接口相互连接，形成一个完整的控制系统架构。
三、算法设计机器人控制系统的算法设计是实现系统功能的核心环节。
根据不同的控制需求，需要选择和设计合适的算法。
以下是一些常用的算法：1、决策算法：根据机器人的感知数据和预设规则，做出相应的决策和控制指令。
常见的决策算法包括基于规则的推理、模糊逻辑等。
2、路径规划算法：在给定起点和终点的情况下，计算出机器人从起点到终点的最优路径。
常用的路径规划算法包括基于搜索的方法（如A*算法）、基于网格的方法（如Dijkstra算法）和基于启发式的方法（如遗传算法）等。
3、运动控制算法：根据机器人的运动学模型和动力学模型，控制机器人的运动轨迹和姿态。
常用的运动控制算法包括PID控制、鲁棒控制、自适应控制等。
基于DSP和CPLD的运动控制器简化设计与应用
基 于ＤＳ 和 ＣＰ Ｄ的运 动 控 制 器 简化 设 计 与 应 用 Ｐ Ｌ
何 林 ， 宪翠 ， 孟 董 砚 ， 高 洁
（ 河北 工 业大 学 电气 与 自动化 学 院 ， 津 ３ ０ ３ ） 天 ０ １ ０
Ａｂｓｒ ｃ Ａ ｍｅｈ ｄ ｓ ｅ ｉ ｎ ｄ ｆ ｒ ｈ ｍｕｔ－ｕｎ ｔｏ ｄ ａ ｏ ｌ ｘ ｍｏ ｉｎ ｃ ｎｔｏｌｒ， ｂ ｓ ｄ ｎ ｔ ｅ ＤＳ ｔ ａ ｔ： ｔｏ ｉ ｄ ｓｇ ｅ ｏ ｔｅ ｌｉ ｆ ｃｉ ｎ ｍｏ ｕｌｒ ｃ ｍｐ ｅ ｔｏ ｏ ｒ ｌｅ ａ ｅ ｏ ｈ Ｐ Ｉ ／ Ｏ ｓ ａ ｅ ｐ ｃ ａ ｄ ＣＰＬ ｎ Ｄ．Ｕｓｎｇ ｔ ｅ ｒｃ ｄ ｉ ｈ ｉ ｈ ｌＯ ｓ ａ ｅ ｏ Ｐ ｎ ｈ ｏ ｒｕ ｏ ｉ ｃ ｐａ ｉｉｉｓ ｆ ｐ ｃ ｆ ＤＳ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｗｅｆ ｌｌ ｇｃ ａ ｂｌｔｅ ｏ ＣＰＬＤ ，ｔ ｅ ｒ ｕ ｅ ｆ ｔ ｅ ＤＳ ｂｕ ａ ｈ ｅ ｓ ｏ Ｐ ｓ ｅ ｎ ｈ ｂ ａ ｈｉｖ ｄ ｅ ｃ ｅ ｅ ．Ｃｏ ｍｐａ ｅ ｗｉｈ ｈｅ ｒ ｄ ｔｏ ａ ｍｏｉｎ ｏ ｔｏ ｌｒ ｔ ｅ ｉ ｌｆｅ ｍｏｉ ｎ ｏ ｒ ｌｅ ｓｇ ｉｉａ ｔｙ ｅ ｃ ｓ ｏｈ ｒｄ ｔ ｔ ｔａ ｉｉ ｎ ｌ ｔ ｃ ｎ ｒｌｅ ， ｈ ｓｍｐ ｉ ｄ ｏ ｉ ｔｏ ｃ ｎｔｏｌ ｒ ｉ ｎｆｃ ｎ ｌ ｒｄｕ ｅ ｂ ｔ ｔ ｒ ｗａ ｅ ｒ ｓ ｕ ｃ ｓ ａ ｄ ｔ ｏ ｈｅ ｈａｄ ｒ ｅ ｏ ｒ ｅ ｎ ｈｅ ｃ ｍｐｌｘｔ ｆｔ ｔｏ ｏ ｔｏｌ ｒ ｔｉ ｒａ ｅｓｔ ｅ ｆｅ ｉ ｉｉｙ，ｒ ｌａ ｉｉｙ ａ ｅ ｓ ｔｌｔ ｆ ｅ ｉ ｏ ｈｅ ｍｏ ｉｎ ｃ ｎｒ ｌｅ ．Ｉ ｎｃｅ ｓ ｈ ｌｘ ｂｌｔ ｙ ｅ ｉｂ ｌ ｎｄ ｖ ｒ ａｉｉ ｏ ｔ ｙ
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摘要摘要近年来，移动机器人应用范围越来越广泛，已经被用于人类生活的各个领域，而应用移动机器人完成侦查、排爆及消防等危险任务已经成为各国研究的重点。
随着移动机器人的智能化程度越来越高，对机器人控制器的要求也在不断提高，这就要求控制器具有良好的实时性和快速响应能力。
本次设计了一款全数字控制的小型地面移动机器人运动控制器，具有控制、功率驱动及各种保护等功能。
采用ARM9作为运动控制器的主控芯片，DSP作为分布式控制芯片，重点设计了DSP控制器的硬件电路。
这些电路包括DSP最小系统、电机驱动、电机电流检测、电机位置检测及电机过压欠压保护，并对其主要电路进行了详细的分析。
ARM主控制器与DSP分布式控制器之间利用CAN总线进行通信。
采用速度环及电流环的双闭环控制，并且引入积分分离PID控制作为速度调节器的控制算法，对传统的PID控制进行了改进。
在设计硬件电路和控制算法基础之上，完成了DSP控制软件的设计。
软件设计主要包括主程序设计及各种中断子程序设计。
中断子程序又包括电机换相及速度计算子程序、PWM输出子程序、速度控制子程序、CAN总线通信子程序等。
关键词：移动机器人，ARM9，DSP运动控制器，无刷直流电机，PWMIABSTRACTAbstractIn present, the mobile robot has been aplied more and more widely. It has been used in all human life. It has become the focus study to complete the dangerous tasks such as investigation, remove exploder and fire protection with mobile robot. With the mobile robot becoming more and more intelligent, the requirment of motion controller has been improved increasingly. It requires the controller with good real-time and rapid response capacity. The study had designed a motion controller of mobile robot with fully digital control system. It had the function of control, power driver and various overload protection.The ARM9processor was used in the motion controller as main command chip and DSP chips as the distributed controllers. The hardware circuits of DSP controller had been designed. It included the least control circuit of DSP, the circuit of motor drive, check current, position detection of motor, over-voltage and under-voltage protection. The main circuits had been analyzed detailed. The main processor ARM9 and distributed processors DSP using CAN bus communicate with each other. The motion controller had double closed loops which were speed loop and current loop. The traditional PID control had been improved. The integral separation PID control had been used in the speed reguator.Based on the hardware circuits and the control arithmetic, the software design of the DSP controller had been completed. It included the main program and various subprograms of interrupt. The program of motor communication, speed calculation, PWM output, speed control, communication with CAN and so on were also included in the subprogram.Key words: Mobile Robot, ARM9, DSP Motion Controller, BLDCM, PWMII目录摘要 (I)ABSTRACT ................................................................................... I I目录 (III)第一章绪论 (1)1.1课题设计的意义 (1)1.2 课题来源及国内外研究现状 (1)1.3 课题设计的主要内容 (2)第二章控制系统总体概述 (3)2.1 移动机器人运动控制系统总体结构 (3)2.2 电机的选择 (4)2.2.1 步进电机、有刷直流电机及无刷直流电机比较 (4)2.2.2 无刷直流电机结构及工作原理 (5)2.2.3 无刷直流电机的数学模型 (7)第三章控制系统硬件电路设计 (10)3.1 控制系统电源设计 (10)3.1.1 驱动板电源设计 (10)3.1.2 DSP供电电源专用芯片的匹配电源设计 (11)3.2 ARM9主处理器概述及其与CAN总线的连接简介 (12)3.2.1 ARM9处理器概述 (12)3.2.2 ARM9处理器S3C2410X与CAN总线的连接 (12)3.3 DSP分布式控制器与DSP最小系统设计 (13)3.3.1 TMS320F2812 DSP芯片简介 (14)3.3.2 DSP最小系统设计 (15)3.4 CAN功能模块硬件设计 (20)3.5 PWM信号隔离及驱动电路 (22)3.6 主电路设计 (23)3.7 电流检测电路设计 (25)3.8 转速及转子位置检测电路设计 (26)III第四章控制系统软件设计 (28)4.1 软件开发环境 (28)4.2 主程序设计 (28)4.3 中断服务程序设计 (30)4.3.1中断捕获模块 (30)4.3.2 PWM产生模块 (32)4.3.3 定时器1中断模块 (34)4.3.4电机保护中断模块 (37)4.4 CAN总线接口通信程序设计 (38)总结 (40)参考文献 (41)致谢 (42)附录 (43)IV第一章绪论1.1课题设计的意义机器人是一个正在蓬勃发展的重要领域。
它集精密仪器、光学、电子遥感技术、自动控制技术、信息技术、计算机技术之大成，形成了一门综合的新技术。
机器人技术的出现和发展，使传统工业生产的面貌发生了根本变化，对人类的社会生活产生了重大影响。
移动机器人是集环境感知、动态决策、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统，是机器人学的一个重要分支。
具体来讲，移动机器人就是脱离人的直接控制，采用遥控、自主或半自主等方式在一定范围内完成特定任务的远动物体[1]。
进入21世纪以来，各种恐怖事件不断发生，迫切需要具有自主运动能力的移动机器人的出现，运用移动机器人完成侦查、排爆及消防等任务。
近几年发生的几场局部战争中，机器人都发挥了很大的作用。
移动机器人越来越多的运用于侦查地形及可疑爆炸物、拆除炸弹等场合。
所以，研制能代替人类在危险、恶劣环境下工作的具有一定自主能力的移动机器人成为当前国内外研究的热点。
而移动机器人运动控制器则是根据指令以及传感器信息控制机器人完成一定动作或作业任务的装置，它是移动机器人的心脏，决定了机器人性能的优劣。
随着移动机器人的智能化程度越来越高，对机器人运动控制器的性能要求也就越来越高。
特别是随着信息化的进程和计算机科学与技术、信息处理理论与方法等的迅速发展，需要处理的数据量越来越大，移动机器人对精度、数据处理速度和实时性的要求也越来越高，这就迫切需要更加强大的运动控制器的出现[2]。
因此，如果能设计出一款适合于特定机器人的运动控制器，它能提升机器人运动控制的实时性和准确性，同时也能实现移动机器人复杂的控制算法，那将对推动机器人的发展非常重要。
1.2 课题来源及国内外研究现状本课题来源于科研，根据任务书的具体要求，结合当前机器人的发展现状，研究和开发出一种自主移动机器人。
项目的具体要求为：采用ARM9作为主控制器，TI公司的TMS320F2812- 1 -芯片为分布式控制器，机器人的主要技术指标为：重量≤50kg；工作时间≥5h；行程≥2km；最大速度≥3km/h；爬坡能力≥30°；跨越台阶高度≥15cm。
近年来，随着芯片技术的飞速发展，国外以DSP或FPGA作为芯片处理器的运动控制器越来越成为发展趋势。
这类控制器用DSP取代传统的单片机，充分利用了DSP的高速数据处理功能、FPGA的超强逻辑处理能力，使得控制器具有高速信号处理能力和高效的通讯能力，并具有高集成度及高可靠性。
在工业市场需求的推动下，大部分DSP运动控制器都是针对数控机床或工业机器人，即主要应用于步进电机，而应用于三相电机控制的DSP控制器普及程度还不够广。
但随着对三相电机控制技术需求的增加，国外对这方面的研究已经取得很大突破。
国内的DSP运动控制器起步较晚，之前一般都用单片机或电机专用芯片来构建控制器。
直到20世纪90年代，国外各DSP厂家在中国建立第三方。
它们为中国的用户提供技术支持以及售后服务，一定程度上推动了国内DSP应用的发展。
现在，这些DSP厂家的第三方基本都提供了一整套从直流伺服电机到交流伺服电机的DSP控制器，使得国内DSP控制器技术逐渐缩小了与国外的差距。
1.3 课题设计的主要内容本次设计的主要内容是：根据机器人的技术要求，设计一个以ARM9作为主控制器、DSP作为分布式控制器的运动控制器，用于移动机器人的电机控制，满足控制的实时性和精确性要求。