基于LPC2131微处理器的教学型移动机器人运动控制系统设计

论文摘要

教学型移动机器人是专门用于教育领域的智能机器人,可用于高校本科课堂教学,也可作为一种机器人平台应用于各种实践性教学活动。随着应用电子技术的发展以及机器人的应用范围的拓展,教学型移动机器人对其控制系统也提出更高的要求:高速实时性、可扩展性以及可移植等。因此,本论文按照教学型移动机器人的要求,选择低功耗、高性能、I/O接口丰富的ARM7微处理器LPC2131进行运动控制系统的设计,充分利用LPC2131的特点,简化了电机控制系统的硬件设计。在此硬件系统基础之上,成功地进行了相应的软件设计以及实时操作系统μC/OS-Ⅱ的移植,具有良好的可扩展性和可移植性。移动机器人的控制系统涉及应用电子技术、控制技术、单片机技术等多个领域,将相关领域知识进行更好的结合,便于学生进行相关课程的实验开设以及二次开发。本论文主要研究内容如下:1、介绍了教学型移动机器人的机械模块的搭建,着重讲述了LPC2131机器人控制电路的设计方法;根据移动机器人的设计要求选择设计了机器人的传感器系统;并增加便于调试的输出电路;完成了控制板的从芯片选型、PCB原理图绘制到电路板上芯片的焊接及测试等一系列工作。2、介绍了实时操作系统的移植方法,并采用结构化的软件设计方法进行运动控制算法的设计,易于开发其他算法;同时,使之成为一个学习运动控制软件系统的平台,如电机控制、系统中断、基于实时操作系统的运动控制等。本论文的研究较好的满足了教学型轮式移动机器人对控制系统的要求,在轨迹识别、跟踪、避障等方面都达到了设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 课题研究的意义
• 1.1.2 国内外现状
• 1.2 机器人的应用前景
• 1.3 选题背景
• 1.4 本设计研究内容
• 第2章 系统方案设计
• 2.1 机械结构
• 2.1.1 机械本体
• 2.1.2 移动机构
• 2.2 电源系统
• 2.3 传感器
• 2.4 微处理器
• 2.5 教学型移动机器人结构
• 2.6 本章小节
• 第3章 机器人测控系统硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 LPC2131
• 3.2.1 LPC2131功能模块
• 3.3 LPC2131应用电路
• 3.4 传感器电路
• 3.4.1 传感器的选用
• 3.4.2 输入输出接口电路
• 3.5 直流电机控制电路
• 3.6 PCB设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 测控系统软件设计
• 4.1 ADS集成开发环境
• 4.2 μCOS-Ⅱ在LPC2131的移植
• 4.2.1 移植规则
• 4.2.2 移植μCOS-Ⅱ
• 4.2.3 移植代码应用到LPC2131
• 4.3 基于μCOS-Ⅱ的机器人系统软件设计
• 4.3.1 初始化模块
• 4.3.2 电机控制模块
• 4.3.3 寻轨模块
• 4.3.4 轨迹复现模块
• 4.3.5 跟踪模块
• 4.3.6 速度控制模块
• 4.3.7 其他模块
• 4.3.8 任务划分及实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 调试
• 5.1 程序固化
• 5.1.1 JTAG下载
• 5.1.2 ISP下载
• 5.2 硬件调试中出现的主要问题
• 5.3 试验结果
• 5.4 本章小节
• 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士研究生期间发表的论文