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基于DSP的足球机器人设计与开发

作　者: 胡广
导　师: 桂卫华
学　校: 中南大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 足球机器人 轮式移动机器人 DSP CPLD 单片机 脉宽调制 PID控制
分类号: TP242.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 546次
引　用: 7次
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内容摘要


足球机器人涉及机器人学、人工智能、计算机技术、电机控制、数字通讯、图像处理、机构学、人工生命等多个领域，为研究多智能体系统、人工智能等理论提供一个很好的试验平台。在国际上，它引起了越来越多的学者的关注。 机器人足球系统由机器人子系统、视觉子系统、决策子系统和通信子系统四个部分组成。我们的足球机器人系统是基于视觉的，视觉系统通过CCD摄像头和图像采集卡对场上的情景进行实时采集和处理，决策系统接收来自视觉系统的图像辨识结果(包括本队和对方机器人的位姿及球的位置)作出决策，通过通讯系统发出命令控制小车完成一系列动作，如带球、射门等。视觉系统的图像处理和决策系统在一台主机上完成；机器人接收来自主机的左右轮速度控制命令，能够完成左右电机的速度闭环控制。 本论文系统的研究了足球机器人小车的硬件和软件设计与开发。论文首先介绍了整个机器人足球系统的组成和总体结构；然后详细的论述了基于DSP的足球机器人小车控制器的硬件设计方案，对小车的微控制器、电机和电机驱动、速度检测、通讯单元和电源五个部分进行了全面的描述。在对国内外足球机器人小车开发现状的广泛调研基础上，提出了一种基于DSP和复杂可编程逻辑器件(CPLD)的硬件基本框架，CPLD器件完成两路正交脉冲的鉴相、四倍频和计数的方案。这样将DSP的CPU主要用于电机的速度控制，以便于实现高级复杂的控制算法，充分发挥DSP的作用。实验证明，这种结构可以大大提高机器人小车的控制精度、灵活性和鲁棒性；软件部分讲述了DSP和CPLD的程序结构，小车通信协议和小车的控制算法。最后，结合当前新技术的发展和足球机器人系统的特点，提出采用基于USB总线的通信子系统、用硬件来实现视觉子系统、基于RTOS的机器人系统等等几点技术改进方案。 我们自行开发出了足球机器人小车，多次实验和比赛证明这种设计是非常成功的。

全文目录


第1章 绪论  6-9
  1．1 机器人足球  6-8
    1．1．1 RWC  6-7
    1．1．2 RoboCup  7-8
  1．2 机器人足球的强大发展动力  8
  1．3 论文的主要内容及构成  8-9
第2章 机器人足球系统  9-15
  2．1 机器人足球系统组成  9-10
  2．2 足球机器人系统的总体结构  10-13
  2．3 机器人小车的运动学方程  13-15
第3章 基于DSP的小车控制器设计  15-39
  3．1 系统总体构成  15
  3．2 CPU选型  15-17
  3．3 TMS320F240简介  17-21
    3．3．1 内核CPU  19-20
    3．3．2 存储器  20
    3．3．3 片内外设  20-21
  3．4 电机和电机驱动  21-25
    3．4．1 电机选择  21-23
    3．4．2 电机驱动技术  23-25
  3．5 速度检测单元  25-35
    3．5．1 数字测速方法  25-27
    3．5．2 速度检测的实现  27-34
    3．5．3 三种测速方案的比较  34-35
  3．6 通讯单元  35-37
    3．6．1 车载接收部分  36-37
    3．6．2 发射部分  37
  3．7 电源单元  37-39
第4章 机器人小车系统软件设计  39-53
  4．1 软件设计基本思想  39-40
  4．2 TMS320F240的软件设计  40-43
    4．2．1 DSP程序结构  40-42
    4．2．2 DSP编程技巧  42-43
  4．3 CPLD软件开发  43-46
    4．3．1 VHDL语言  43-44
    4．3．2 CPLD程序  44-46
  4．4 通信程序设计  46-47
    4．4．1 通信协议  46
    4．4．2 单片机程序设计  46-47
  4．5 移动机器人控制器算法  47-49
    4．5．1 采样周期的选择  49
    4．5．2 PID参数的确定  49
  4．6 机器人小车性能测试  49-51
  4．7 控制系统的抗干扰措施  51-53
第5章 总结与展望  53-58
  5．1 总结  53-54
  5．2 展望  54-58
    5．2．1 关于通信子系统的改进  54-55
    5．2．2 视觉子系统由硬件来实现  55-56
    5．2．3 基于RTOS的机器人系统  56-58
参考文献  58-61
致谢  61

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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 > 智能机器人
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