基于DSP与USB的移动机器人运动控制系统研究与开发

论文摘要

移动机器人是机器人领域的一个重要的发展方向,越来越广泛地应用于工业、农业、军事、教育等人类社会的各个方面。移动机器人是集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统,运动控制系统是其非常重要的一环。基于DSP与USB的移动机器人运动控制系统的研究与开发对移动机器人向高速、高精度、开放化、智能化、网络化的方向发展,具有重要的理论意义与应用价值。本文首先讨论了移动机器人研究的发展、现状及趋势,详细介绍了运动控制器的类型及选择,并指出了本课题的主要研究内容。接着本文讨论了本移动机器人整体结构、平台组成以及其运动控制系统的设计方案,提出了以DSP（数字信号处理器）为核心、采用USB（通用串行总线）与PC机进行通信、在实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ下进行软件编程的运动控制系统的设计方法。然后对本移动机器人运动控制系统各个模块的硬件电路设计进行了详细介绍,包括:DSP芯片的特点及选型、电源电路、DSP最小系统电路、无线数据收发模块、USB通信模块、USB芯片及DSP之间的接口电路以及电机驱动模块等。在软件实现方面,讨论了实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ在TMS320LF2407 DSP上的移植,对移动机器人运动控制进行了任务分配,介绍了各任务的功能及具体实现,并对USB接口芯片AN2131QC单片机的固件设计及装载进行了介绍。本文还设计开发了一种移动机器人多超声波传感器环境探测系统,包括:单路超声波传感器测距的硬件电路设计和程序设计、多超声波传感器的结构设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 移动机器人研究概况
• 1.2.1 国内外移动机器人发展
• 1.2.2 移动机器人研究发展趋势
• 1.3 运动控制系统的类型及选择
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.4.1 本课题完成的主要工作
• 1.4.2 论文的章节安排
• 第二章 移动机器人平台体系结构分析
• 2.1 移动机器人机械本体
• 2.1.1 车体
• 2.1.2 电机
• 2.2 移动机器人运动控制系统
• 第三章 移动机器人运动控制系统硬件设计
• 3.1 数字信号处理器的特点及选型
• 3.1.1 数字信号处理器的特点
• 3.1.2 数字信号处理器选型
• 3.2 以TMS320LF2407为核心的主电路模块设计
• 3.2.1 电源电路设计
• 3.2.2 TMS320LF2407的最小系统电路设计
• 3.2.3 SCI异步串行通信电路设计
• 3.2.4 存储器扩展
• 3.3 无线数据收发模块设计
• 3.3.1 无线数据收发模块
• 3.3.2 手持遥控器设计
• 3.4 USB通信模块设计
• 3.4.1 USB通信的特点
• 3.4.2 USB芯片选择
• 3.4.3 USB电路设计
• 3.4.4 DSP与USB接口设计
• 3.5 H桥电机驱动模块
• 第四章 移动机器人运动控制软件技术实现
• 4.1 实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ
• 4.1.1 μC/OS-Ⅱ特点
• 4.1.2 μC/OS-Ⅱ工作原理
• 4.2 μC/OS-Ⅱ在TMS320LF2407上的移植
• CPU_C.C文件'>4.2.1 移植OS_CPU_C.C文件
• CPU_A.ASM文件'>4.2.2 移植OS_CPU_A.ASM文件
• CPU.H文件'>4.2.3 移植OS_CPU.H文件
• 4.3 μC/OS-Ⅱ下应用程序设计
• 4.3.1 任务的分配
• 4.3.2 各任务的具体实现
• 4.4 USB接口程序设计
• 4.4.1 USB设备固件程序设计
• 4.4.2 固件装载
• 第五章 多超声波传感器环境探测系统设计
• 5.1 环境信息采集方法的选择
• 5.2 单路超声波测距电路设计
• 5.2.1 超声波测距原理
• 5.2.2 超声波测距电路构成
• 5.2.3 超声波发射电路设计
• 5.2.4 超声波检测接收电路设计
• 5.3 超声波测距的程序设计
• 5.4 超声波环境信息采集系统的结构设计
• 5.5 单路超声波传感器测距实验
• 第六章 总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读硕士期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表