小型组足球机器人的设计与实现

论文摘要

足球机器人涉及多个学科、领域,是一个典型的智能机器人系统,为研究发展多智能体系统、多机器人之间的合作与对抗提供了生动的研究模型,是展示信息自动化前沿研究成果的窗口和促进产、学、研相结合的新途径。引起了越来越多的科研机构和高等院校的关注,吸引了越来越多的科研人员和学者的参与。底层系统是足球机器人系统的动作执行部分,它的性能直接影响整个足球机器人系统的性能。根据比赛中足球机器人的基本要求,论文首先设计了足球机器人的车体运动机构、挑球机构、击球机构、带球机构,并作了相应的分析,得到了机器人的运动学模型。其次,为了提高底层控制系统的性能,应用dSPACE实时仿真平台,辅助进行底层运动控制系统的算法开发,引入了模糊PI控制算法。论文系统的研究了足球机器人的软、硬件设计。首先,硬件设计方面,基于DSP+CPLD,引入一种全新的足球机器人底层系统的设计方案。以DSP为核心,接收、执行指令,为底层控制系统的决策者;CPLD作为功能扩展,实现无刷直流电机驱动逻辑和速度检测逻辑单元功能。详细介绍了机器人的微控制器、无刷直流电机驱动、带球电机驱动、踢球机构电磁铁驱动、球检测、加速度检测、陀螺仪检测电路以及通讯单元等。其次,软件设计方面,设计了通信协议,简介了指令操作流程。对模糊PI控制算法进行简化,在控制系统中予以实际应用。以流程图的形式,对DSP部分程序结构进行了描述,包括串口通信中断、ADC中断、捕获中断等。并对系统中采用的抗干扰设计进行了详细阐述。最后,结合实际测试中遇到的问题,做了总结和展望,指出了一些需要改进和完善的功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 RoboCup 简介
• 1.2.1 比赛简介
• 1.2.2 比赛系统简介
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 论文主要研究内容及安排
• 第二章 机器人机构设计与分析
• 2.1 概述
• 2.2 运动机构的设计与分析
• 2.2.1 车轮设计
• 2.2.2 车轮布局设计
• 2.2.3 运动学方程
• 2.2.4 电机选型
• 2.3 球处理机构设计与分析
• 2.3.1 带球机构
• 2.3.2 击球机构
• 2.3.3 挑球机构
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于 dSPACE 机器人运动平台运动控制算法研究
• 3.1 概述
• 3.2 研究平台控制方案设计
• 3.2.1 控制量输入
• 3.2.2 dSPACE 简介
• 3.3 控制算法研究
• 3.3.1 BLDCM 控制系统结构
• 3.3.2 模糊PI 智能控制方案设计
• 3.3.3 模糊控制器的设计
• 3.4 实验仿真及结果分析
• 3.4.1 基于dSPACE 仿真框图
• 3.4.2 实时仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 电路系统的设计与分析
• 4.1 概述
• 4.2 主控芯片及其外围电路
• 4.2.1 TMS320LF2407A 简介
• 4.2.2 CPLD 简介
• 4.2.3 复位电路设计
• 4.2.4 存储器扩展
• 4.2.5 LF2407A 功能规划
• 4.2.6 CPLD 实现功能设计
• 4.3 无线通信系统
• 4.3.1 蓝牙无线通信简介
• 4.3.2 本课题蓝牙通信设计
• 4.4 各部分驱动控制电路
• 4.4.1 运动机构控制
• 4.4.2 带球机构驱动
• 4.4.3 击球和挑球机构控制
• 4.5 传感器电路设计
• 4.5.1 加速度传感器电路
• 4.5.2 角速度传感器电路
• 4.5.3 球检测电路
• 4.6 本章小结
• 第五章 控制系统的实现
• 5.1 概述
• 5.2 软件设计基本思想
• 5.3 控制算法实现
• 5.3.1 模糊PI 控制算法
• 5.3.2 PI 控制算法
• 5.3.3 采样周期选择
• 5.4 运动控制器DSP 软件设计
• 5.4.1 指令的接收与处理
• 5.4.2 程序设计
• 5.5 控制系统抗干扰设计
• 5.5.1 硬件抗干扰设计
• 5.5.2 软件抗干扰设计
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录一 程序
• 附录二 攻读硕士学位期间发表的论文及学术成果