基于DSP的履带式移动机器人运动控制系统设计

论文摘要

履带式移动机器人是机器人研究领域的一个重要分支,而移动机器人的运动控制部分作为整个机器人系统的核心之一,其对机器人的运行特性起着至关重要的作用。本文以履带式移动机器人为对象,完成了其运动控制子系统及无线通信子系统的设计与工程实现,主要包括以下内容:（1）研究了履带式移动机器人系统总体结构,提出了以TMS320F2812型DSP为核心的运动控制子系统总体设计方案。（2）完成了运动控制子系统硬件设计。采用模块化设计方法,将其划分为控制板和驱动板两个部分进行设计,以可编程逻辑器件EPM7064S为核心设计并实现了过温、过流、过压和欠压保护功能。（3）完成了运动控制子系统软件设计。详细介绍了软件总体架构及各模块具体实现。同时,为了使移动机器人在直线运动时,能实现左右电机速度同步,在转速、电流双闭环控制的基础上,引入了双电机同步控制策略。（4）完成了无线通信子系统的设计。实现了远程PC机与机器人的数据通信,也方便了运动控制子系统的调试。基于VC++6.0平台开发了上位机监控软件。最后,对系统进行了实际调试,进行了履带式移动机器人的直线运动、原地旋转、圆弧转弯和爬楼梯实验。实验结果表明,本文设计的履带式移动机器人运动控制系统方案可行,机器人运行平稳、转弯灵活、并具有一定的爬楼梯能力,达到了设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 发展趋势
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 履带式移动机器人总体设计
• 2.1 履带式移动机器人系统总体组成结构及工作原理
• 2.2 履带式移动机器人机械结构
• 2.2.1 机器人机械本体
• 2.2.2 机器人运动控制机构
• 2.3 运动控制子系统总体设计
• 2.3.1 运动控制子系统组成
• 2.3.2 核心器件选型
• 2.4 本章小结
• 3 运动控制子系统硬件设计
• 3.1 运动控制子系统硬件总体组成结构
• 3.2 电源管理模块设计
• 3.3 控制板设计
• 3.3.1 DSP最小系统
• 3.3.2 转速信号检测接口电路
• 3.3.3 电枢电流信号调理电路
• 3.3.4 母线电压信号调理电路
• 3.3.5 通信电路
• 3.4 驱动板设计
• 3.4.1 桥式可逆 PWM变换电路
• 3.4.2 电枢电流检测电路
• 3.4.3 母线电压检测电路
• 3.5 故障检测与保护
• 3.5.1 过温保护
• 3.5.2 过流保护
• 3.5.3 过压、欠压保护
• 3.5.4 泄放电路
• 3.5.5 保护信号逻辑处理
• 3.6 本章小结
• 4 运动控制子系统软件设计
• 4.1 运动控制子系统软件总体设计
• 4.1.1 运动控制子系统软件总体组成结构
• 4.1.2 运动控制子系统软件总流程图
• 4.1.3 初始化程序设计
• 4.1.4 中断服务程序设计
• 4.2 各功能子模块设计
• 4.2.1 脉宽调制模块
• 4.2.2 电流检测模块
• 4.2.3 测速模块
• 4.2.4 通信模块
• 4.2.5 故障保护模块
• 4.3 控制算法设计
• 4.3.1 常规PID控制算法
• 4.3.2 智能分区PI控制算法
• 4.3.3 双电机同步控制算法
• 4.4 本章小结
• 5 无线通信子系统设计与实现
• 5.1 无线通信子系统硬件设计
• 5.1.1 无线通信子系统总体组成结构
• 5.1.2 Cy2198TR简介
• 5.1.3 无线通信接口电路设计
• 5.2 无线通信子系统软件设计
• 5.2.1 下位机软件设计
• 5.2.2 上位机监控软件设计
• 5.3 本章小结
• 6 系统调试
• 6.1 硬件调试
• 6.2 软件调试
• 6.3 系统联调
• 6.3.1 直线运动
• 6.3.2 原地旋转运动
• 6.3.3 圆弧运动
• 6.3.4 爬楼梯实验
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 硬件实物图