群體機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、群體機器人的控制系統(tǒng)是機器人的神經(jīng)中樞,直接決定了機器人能否按照需求順利完成指定的工作任務(wù),因而成為群體機器人系統(tǒng)研究領(lǐng)域的熱門方向。目前群體機器人控制系統(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器人系統(tǒng)的應(yīng)用場景下,就有其不可避免的弊端:
　　1.結(jié)構(gòu)冗余,違背群體機器人對于個體低智能性的要求;
　　2.當(dāng)個體的數(shù)量成指數(shù)級增長時,成本會變得非常高。
　　針對上述問

2、題,本文設(shè)計并實現(xiàn)了一個自主的簡單高效的群體機器人控制系統(tǒng)SiPU。SiPU系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu),通過硬件描述語言設(shè)計了一個微控制器系統(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)備通過總線和主設(shè)備連接在一起。接著將上述邏輯設(shè)計在FPGA上實現(xiàn),最后完成FPGA開發(fā)板和機器人功能板的硬件連接,使之成為完整的群體機器人的控制系統(tǒng)。本文的主要工作包括:
　?、旁O(shè)計了系統(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)的運動控制模塊,A/D轉(zhuǎn)換模塊作為系統(tǒng)的外圍通信模塊。
　?、茖⑦\動控制模塊又分為三個子模塊:PWM模塊、通用I/O模塊和碼盤反饋模塊。通用I/O模塊通過改變電機狀態(tài)控制信號來主導(dǎo)群體機器人的運動狀態(tài);PWM模塊通過改變PWM信號的占空比來控制機器人的速度;碼盤反饋模塊則是通過機器人兩個車輪的反饋,進行方向控制、轉(zhuǎn)彎控制和距離控制。
　?、?/p>

4、外圍通信模塊實現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換功能,具體地,可以用于避障檢測。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)部實現(xiàn)使用狀態(tài)機的方法,完成三個功能:給外圍芯片ADC0832提供時鐘信號;輸出通道選擇信號;采集ADC0832芯片的輸出數(shù)據(jù)。
　　⑷將系統(tǒng)的邏輯設(shè)計在FPGA上實現(xiàn),并完成FPGA開發(fā)板和機器人功能板的硬件連接,成為完整的群體機器人的控制系統(tǒng)。
　　最后在群體機器人平臺上