PDF《机器人运动控制系统软件设计》

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MOTION CONTROL 2015・04 NO.65 To Design of Software of Intelligent Robot Motion Control System 机器人运动控制系统软件设计 摘要:移动机器人的运动控制主要是完成移动机器人的运动平台,提供一 种移动机器人的控制方式.本文通过对移动机器人的研究,实现了基于渡 越时间法的超声波测距模块设计,为机器人提供简单方便的障碍物距离检 测.本文主要完成对主控板控制器软件设计、电机驱动控制器软件设计和 超声波测距软件的设计,使开发系统能够服务于移动机器人研究的通用开 发平台. 文章编号:150407 青岛机械有限公司?蔡明学

1 引言 随着计算机、网络、机械电子、信息、自 动化以及人工智能等技术的飞速发展,移动机器 人的研究进入了一个崭新的阶段.同时,太空资 源、海洋资源的开发与利用为移动机器人的发展 提供了广阔的空间.目前,智能移动机器人,无 人自主车等领域的研究进入了应用的阶段,随着 研究的深入,对移动机器人的自主导航能力,动 态避障策略,避障时间等方面提出了更高的要 求.地面智能机器人路径规划,是行驶在复杂, 动态自然环境中的全自主机器人系统的重要环 节,而地面智能机器人全地域全自主技术的研 究,是当今国内外学术界面临的挑战性问题. 智能移动机器人是一类能够通过传感器感 知环境和自身状态,实现在有障碍物的环境中面 向目标自主运动,从而完成一定功能的机器人系 统.移动机器人技术研究综合了路径规划、导航 定位、路径跟踪与运动控制等技术.涉及到包括 距离探测、视频采集、温湿度以及声光等多种外 部传感器,作为移动机器人的输入信息.移动机 器人的运动控制主要是完成移动机器人的运动平 台,提供一种移动机器人的控制方式.性能良好 的移动机器人运动控制系统是移动机器人运行的基 础,能够服务于移动机器人研究的通用开发平台. 移动机器人技术研究综合了多学科领域的 知识,关键技术可分为:路径规划、导航定位、 路径跟踪与运动控制技术.路径规划又可分为全 局和局部路径规划.全局路径规划是根据移动机 器人总体任务进行路径规划,将总体路径任务分 解,并建立全局地形数据库;

局部路径规划是根 据全局规划分解的子任务,结合移动机器人当前 状态信息,实时规划可行路径;

导航定位技术确 定移动机器人在全局地图中的位置,并实时得到 机器人与路径跟踪的相对位置关系,其关键技术 是多传感器信息处理与数据融合技术.路径跟踪 与运动控制技术的任务是控制移动机器人跟踪局 部规划给出的路径,结合导航定位系统得到机器 人本身状态信息与道路信息,完成航向和速度控 制.移动机器人的路径规划、导航控制以及路径 跟踪与运动控制技术是相互关联的,任何一个系 统的不完善都会导致整体性能的下降.

2 主控板软件设计 主控板硬件完成模块管理、设备通讯及机器 人定位脉冲检测等内容.在实际应用中,主控板 硬件还负责超声波测距的软件管理. 数字化技术 机器人 [相关链接] http://www.chuandong.com/ tech/detail.aspx?id=26802 主控板硬件中只有主控板控制器需要进行软 件设计.主控板控制器TMS320LF2407A的主要任 务是超声波测距的软件设计管理和其他一些基本 设置内容,包括电机码盘的正交编码脉冲检测. 初始选定TMS320LF2407A作为主控板控制器是 考虑到此控制系统可以作为以后机器人应用的平 台,可以在TMS320LF2407A里嵌入实时系统,提 升系统性能,方便接口开发. 主控板控制器的软件设计内容包括模块初始 化、串口通讯、正交编码脉冲检测和超声波测距 软件.这里介绍模块初始化串口通讯和正交编码 脉冲检测等内容.如图1主控板控制器程序流程图 所示. 复位向量地址为程序入口,然后程序进行 初始化.初始化内容包括扩展方式、溢出方式、 DARAM、倍频、JTAG等基本配置.另外还有使 用的相关I/O的设置、程序使用相关定时器的 设置、程序使用相关中断的设置和串口通讯的相 关设置.这些配置都是控制器使用的基本配置流 程.初始化之后会开启相关的中断程序,随后进 入超声波测距程序,并一直循环.中断服务程序 处于就绪状态,一旦有中断发生,中断服务程序 立即执行. 在TMS320LF2407A的所有程序中,需要对其 串口的数据发送和接收程序做说明.异步通信使 用三条线(地线、发送线、接收线)连接采用RS