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教育机器人控制系统快速原型实验装置的研究与开发

作　者: 王新亮
导　师: 佟国峰
学　校: 东北大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 教育机器人快速原型 DSP 串行通信 GUI RTW
分类号: TP242.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 33次
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内容摘要

机器人技术作为一门综合性前沿学科,融合了机械、电子、计算机、信息处理、人工智能等领域的研究成果。随着机器人教育的不断深入,机器人已经成为理想的学习载体和创新实验平台。当前教育机器人的发展很不均衡,欧美、日本等国家技术比较先进,而国内教育机器人产品少、功能单一,特别是能应用到高校教学的产品更是寥寥无几。本文研究的教育机器人控制系统快速原型实验装置是一种可用于高校学生控制理论学习和实践的实验平台。该平台界面友好、操作简单、接口丰富、扩展性强,能快速建立仿真模型、编写控制算法,支持数据采集和参数在线调节,可自动编译生成实时代码并下载到DSP目标板,实现硬件在回路的仿真与控制。本文首先分析了目前国内外教育机器人发展和应用的现状,并对快速原型技术进行研究,指出现有教育机器人产品存在的问题和控制系统传统开发过程的不足,提出了教育机器人控制系统快速原型实验装置的总体结构和开发方案。本文根据总体方案设计并开发了教育机器人控制系统快速原型实验装置的硬件系统和软件系统。硬件方面,开发了底层控制子系统、通信子系统和驱动子系统；软件方面,对人机界面、Simulink快速原型子系统、底层软件子系统和接口子系统进行了开发。最后,本文对硬件系统和软件系统进行了联合控制实验,完成了数据采集、参数在线调节、系统模型在硬件回路的仿真与实时控制,实现了基本控制算法的快速原型化。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 课题研究背景  11-12
    1.1.1 机器人产业的发展  11
    1.1.2 机器人的分类  11-12
    1.1.3 机器人教育的发展  12
  1.2 教育机器人的发展  12-15
    1.2.1 教育机器人概述  12-13
    1.2.2 教育机器人国内外发展概况  13-14
    1.2.3 教育机器人的应用及存在的问题  14-15
  1.3 快速原型技术研究  15-17
    1.3.1 传统控制系统开发过程分析  15-16
    1.3.2 快速原型关键技术分析  16-17
  1.4 本文的主要工作  17-19
第2章教育机器人控制系统快速原型实验装置的设计  19-35
  2.1 引言  19
  2.2 教育机器人控制系统快速原型实验装置概述  19-20
    2.2.1 机械系统  20
    2.2.2 硬件系统  20
    2.2.3 软件系统  20
  2.3 教育机器人控制系统快速原型实验装置硬件设计  20-27
    2.3.1 硬件系统功能  20-22
    2.3.2 控制系统设计  22-23
    2.3.3 通信系统设计  23-25
    2.3.4 驱动系统设计  25-27
  2.4 教育机器人实时快速系统软件设计  27-35
    2.4.1 软件系统功能  27
    2.4.2 人机界面设计  27-28
    2.4.3 Simulink快速原型子系统设计  28-33
    2.4.4 底层软件子系统设计  33-35
第3章教育机器人控制系统快速原型实验装置硬件开发  35-51
  3.1 引言  35
  3.2 控制系统开发  35-41
    3.2.1 TMS320F2812DSP芯片介绍  35-37
    3.2.2 JTAG调试接口  37-38
    3.2.3 时钟电路  38-39
    3.2.4 复位电路  39
    3.2.5 电源模块开发  39-41
  3.3 通信系统开发  41-45
    3.3.1 无线通信模块开发  41-43
    3.3.2 SCI串行通信接口开发  43-44
    3.3.3 CAN总线模块开发  44-45
  3.4 驱动系统开发  45-51
    3.4.1 PWM调速原理  45-47
    3.4.2 L298工作原理  47-48
    3.4.3 TMS320F2812与L298的驱动电路开发  48-49
    3.4.4 电机测速单元开发  49-51
第4章教育机器人控制系统快速原型实验装置软件开发  51-69
  4.1 引言  51
  4.2 人机界面开发  51-56
    4.2.1 主界面开发  51-52
    4.2.2 串口通信界面开发  52-55
    4.2.3 参数调节界面开发  55-56
  4.3 Simulink快速原型子系统开发  56-61
    4.3.1 Links and Targets模块库研究  56-60
    4.3.2 Links and Targets模块化开发  60-61
  4.4 底层软件子系统开发  61-69
    4.4.1 主程序开发  61-62
    4.4.2 初始化子程序开发  62-64
    4.4.3 中断子程序开发  64-66
    4.4.4 PID算法开发  66-69
第5章教育机器人控制系统快速原型实验装置性能测试  69-79
  5.1 引言  69
  5.2 人机界面与硬件系统的串口通信  69-72
    5.2.1 实验原理分析  69-70
    5.2.2 串口通信实验  70-72
  5.3 Links and Targets模块化开发实验  72-79
    5.3.1 直流电机模型分析  72-73
    5.3.2 控制仿真模型的建立  73-74
    5.3.3 Links and Targets快速原型开发实验  74-79
第6章总结与展望  79-81
  6.1 总结  79
  6.2 展望  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-87
攻读硕士学位期间获奖情况  87-89
作者简介  89

教育机器人控制系统快速原型实验装置的研究与开发

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