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基于DSP的全方位移动机器人运动小车设计与实现

作　者: 高春能
导　师: 纪志成
学　校: 江南大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 机器人足球世界杯(RoboCup) 机器人足球(Robot Soccer) 全方位轮式移动机器人(Omni-directional WMR) 无刷直流电机(BLDCM) DSP CPLD
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 717次
引　用: 5次
阅　读: 论文下载

内容摘要

足球机器人涉及到多学科、多领域,为研究多智能体系统、人工智能等理论提供一个很好的研究平台,引起了越来越多的科研机构和大专院校的关注,也吸引了越来越多的科研人员和学者的参与。机器人运动小车是足球机器人的运动基础部分,它的性能好坏直接关系整个足球机器人系统的性能。本文叙述了ROBOCUP机器人技术的发展历史,结合ROBOCUP F-180小型组足球机器人的现状,给出了F-180机器人四轮驱动全方位运动小车的总体设计方案,满足加速度性能5.9m/s2,直线最大运动速度3m/s。文中给出了全方位运动小车运动学模型,无刷直流电机数学模型,及基于运动学模型和无刷直流电机数学模型的小车系统仿真模型,给出了电机突加负载及电机瞬时故障下仿真,并作了仿真结果分析。论文系统地研究了足球机器人小车的软、硬件设计与开发。首先,硬件设计方面,在对国内外足球机器人小车开发现状的广泛调研基础上,基于DSP和复杂可编程逻辑器件CPLD,提出了一种新型足球机器人运动小车控制器的硬件设计方案。论文论述了系统的组成和总体结构,详细介绍了小车的微控制器、无刷直流电机驱动、加速度检测、陀螺仪检测电路、通讯单元等。CPLD器件完成无刷直流电机驱动逻辑、速度检测逻辑单元、电机转向检测单元功能。其次,软件部分通过程序流程图,主要讲述了DSP的程序结构,包括串行通讯中断,速度捕获中断,ADC中断等。最后,完成所设计小车的软、硬件实现及验证实验。小车控制器采用PI控制算法,总结了PI控制算法的参数选择规律,并对软、硬件抗干扰技术在本运动控制器中的应用作了分析说明,对测试中出现的问题进行了改进。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
1 绪论  6-14
  1.1 RoboCup 机器人足球赛概述  6-7
  1.2 国际 RoboCup 机器人的研究发展  7-9
  1.3 我国 RoboCup 机器人的研究发展  9-10
  1.4 底层控制系统国内外现状  10-11
  1.5 RoboCup F-180 小型组足球机器人技术的研究意义  11-12
  1.6 论文主要工作  12-14
2 RoboCup 小型组(F-180)足球机器人运动小车系统  14-22
  2.1 F-180 机器人足球系统  14-15
  2.2 小车的功能及技术要求  15-16
  2.3 机器人结构及部件选择  16-21
  2.4 本章小结  21-22
3 四轮驱动全方位运动小车系统的仿真研究  22-38
  3.1 四轮全方位运动小车运动学模型  22-23
  3.2 四轮全方位运动小车系统带电机仿真模型  23-34
  3.3 仿真分析  34-37
  3.4 本章小结  37-38
4 基于 DSP 的小车运动控制器设计  38-70
  4.1 运动控制器的硬件设计  38-57
  4.2 运动控制器软件设计  57-64
  4.3 电机控制算法  64-68
  4.4 本章小结  68-70
5 实现与调试  70-74
  5.1 硬件电路实现与调试  70-73
  5.2 软件实现与测试  73
  5.3 本章小结  73-74
6 总结与展望  74-76
  6.1 总结  74-75
  6.2 展望  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-79
附录一攻读硕士期间发表的学术论文  79-80
附录二运动小车图  80-81
附录三印刷板图  81-83
附录四 CPLD 仿真图  83-85
附录五 VHDL 源程序  85-95

基于DSP的全方位移动机器人运动小车设计与实现

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