基于ARM9的机器人远程控制系统研究

论文摘要

随着计算机网络的不断发展和广泛应用,利用网络来实现远程控制已逐渐成为趋势。与此同时控制系统也越来越复杂,传统的单片机已经不能满足现在工业的发展,嵌入式系统正越来越多的应用到工业智能化系统当中去。机器人网络控制系统能够不受距离的限制,并能够控制机器人完成复杂的操作。由于以太网支持几乎所有流行的网络协议,具有高速、低耗、易于安装和兼容性好等优点,所以在工业机器人领域一个很重要的发展趋势就是研究Internet技术在其中的应用和扩展。本文论述了如何以ARM9微控制器S3C2440,七个51单片机,以及七台松下交流伺服电机及其驱动器为主要器件,通过搭建硬件平台和设计控制程序构建一个有网络控制功能的,同时具有位置反馈的关节控制系统。硬件设计上采用了三星公司ARM9系列S3C2440微处理器作为上位机控制单元,因为ARM微处理器具有集成度高、运算速度快等优点,所以由其构成的控制系统所需外围电路更少、程序运算速度更快,能极大地提高该控制系统的可靠性和效率。软件设计上采用嵌入式实时操作系统林μC/OS-Ⅱ作为ARM9微处理器底层硬件和上层应用程序的接口平台,将嵌入式网络通信软件LWIP移植到uC/OS-Ⅱ上,使该机器人具备了网络通信功能,同时在ARM微处理器上移植了嵌入式图形用户界面UC/GUI,使得人机界面更加友好。针对机器人7个关节的控制要求,从整体上设计出关节控制系统的控制方案,即关节控制系统与ARM9微处理器是主从式多级CPU的关系。ARM9微处理器用来接收来自网络的命令,并且与用户进行人机交流,另外关节控制系统在接收ARM9微处理器发出给定值的同时,一方面接收交流伺服电机驱动器上编码器输出的实际电机转动值,然后利用PID算法对二者进行处理,最后通过调整输出脉冲频率进行修正,实现关节位置的闭环控制。本文的重点及创新在于研究设计了一个基于嵌入式ARM9的机器人远程控制系统。LWIP是开源的TCP/IP协议栈,重点是在保持TCP/IP协议栈主要功能的基础上减少对RAM的占用,这使LWIP协议栈适合在嵌入式系统中使用。在完成基于LWIP Webserver实现的同时,还设计了一个基于LWIP的串口-以太网协议转换器,用于完成网络数据与串口数据的转换。最终,用户可以从客户端通过网络对机器人进行远程控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 机器人国内外研究现状
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 机器人关节控制系统总体设计方案
• 2.1 机器人的简介
• 2.2 嵌入式技术的介绍
• 2.3 机器人关节控制系统的总体方案
• 2.4 本章小结
• 3 机器人远程控制系统硬件设计
• 3.1 整体硬件结构设计
• 3.2 S3C2440微控制器外围电路设计
• 3.3 关节控制系统硬件电路设计
• 3.4 本章小结
• 4 机器人远程控制系统软件设计
• 4.1 S3C2440的初始化模块设计
• 4.2 关节控制系统运行模块设计
• 4.3 UC/OSⅡ操作系统在S3C2440上的移植
• 4.4 嵌入式图形用户接口UC/GUI的移植
• 4.5 嵌入式LWIP的设计及实现
• 4.6 本章小结
• 5 基于LWIP的机器人远程控制的实现
• 5.1 嵌入式WEB SERVER的设计
• 5.2 机器人远程数据通信与数据转换
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文
• 参考文献
• 附录A