群體機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、群體機(jī)器人的控制系統(tǒng)是機(jī)器人的神經(jīng)中樞,直接決定了機(jī)器人能否按照需求順利完成指定的工作任務(wù),因而成為群體機(jī)器人系統(tǒng)研究領(lǐng)域的熱門方向。目前群體機(jī)器人控制系統(tǒng)的芯片多采用通用處理器芯片,其一般由大公司批量生產(chǎn),標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,成熟穩(wěn)定。但在一些特定的群體機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景下,就有其不可避免的弊端:
　　1.結(jié)構(gòu)冗余,違背群體機(jī)器人對(duì)于個(gè)體低智能性的要求;
　　2.當(dāng)個(gè)體的數(shù)量成指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)時(shí),成本會(huì)變得非常高。
　　針對(duì)上述問(wèn)

2、題,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)自主的簡(jiǎn)單高效的群體機(jī)器人控制系統(tǒng)SiPU。SiPU系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu),通過(guò)硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)了一個(gè)微控制器系統(tǒng),包括作為主設(shè)備的處理器核模塊和作為從設(shè)備的各外圍接口模塊,從設(shè)備通過(guò)總線和主設(shè)備連接在一起。接著將上述邏輯設(shè)計(jì)在FPGA上實(shí)現(xiàn),最后完成FPGA開(kāi)發(fā)板和機(jī)器人功能板的硬件連接,使之成為完整的群體機(jī)器人的控制系統(tǒng)。本文的主要工作包括:
　　⑴設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體架構(gòu)。SiPU系統(tǒng)采用了PicoBlaze軟

3、核作為處理器核,Pbus作為系統(tǒng)總線,PWM模塊、通用I/O模塊和碼盤反饋模塊構(gòu)成系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制模塊,A/D轉(zhuǎn)換模塊作為系統(tǒng)的外圍通信模塊。
　?、茖⑦\(yùn)動(dòng)控制模塊又分為三個(gè)子模塊:PWM模塊、通用I/O模塊和碼盤反饋模塊。通用I/O模塊通過(guò)改變電機(jī)狀態(tài)控制信號(hào)來(lái)主導(dǎo)群體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);PWM模塊通過(guò)改變PWM信號(hào)的占空比來(lái)控制機(jī)器人的速度;碼盤反饋模塊則是通過(guò)機(jī)器人兩個(gè)車輪的反饋,進(jìn)行方向控制、轉(zhuǎn)彎控制和距離控制。
　?、?/p>

4、外圍通信模塊實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換功能,具體地,可以用于避障檢測(cè)。研究中使用了A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832,并給出了其與FPGA的連接電路。A/D轉(zhuǎn)換模塊的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)使用狀態(tài)機(jī)的方法,完成三個(gè)功能:給外圍芯片ADC0832提供時(shí)鐘信號(hào);輸出通道選擇信號(hào);采集ADC0832芯片的輸出數(shù)據(jù)。
　?、葘⑾到y(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)在FPGA上實(shí)現(xiàn),并完成FPGA開(kāi)發(fā)板和機(jī)器人功能板的硬件連接,成為完整的群體機(jī)器人的控制系統(tǒng)。
　　最后在群體機(jī)器人平臺(tái)上