文档介绍：足球机器人运动控制器的设计
摘要:本文以ARM嵌入式芯片S3C44B0X为主芯片,MCX314作为驱动芯片,构建一个基本的运动控制结构。使用模糊自适应PID控制算法来完成闭环控制。在机器人杯中型组比赛中显示该运动控制器取得了速度和位置精度的要求。
关键字:机器人杯,运动控制,ARM,PID
1 导言
足球机器人是典型的智能机器人系统。足球机器人比赛融高端技术,娱乐,比赛于一身,已经演变成高端技术一项竞争赛事。研究和发展足球机器人系统,从事足球机器人比赛是研究智能机器人的一个切入点。足球机器人有四部分组成:机器人移动系统、视觉系统、通讯系统和决策系统。作为比赛的直接执行着,机器人的移动直接影响发挥的结果。运动决策的优秀表现主要取决于运动体的表现和部件的嵌入式系统。当机器人接收执行动作,执行决策有其内部的嵌入式系统来控制。因此系统关键的突破口是构建快速、安全、可靠和实时的嵌入式系统。
2 东风-II 足球机器人
东风-II 足球机器人有第二炮兵工程学院独立设计完成,在机器人杯中属于中型组。它的视觉子系统采用基于全景图像采集和处理的方式,融合图像信息、惯性仪器和超声波传感器技术。上层计算机使用自己成员信息和自己以及对方成员位置信息完成路径规划。上层计算机发送指令到底层计算机。底层计算机根据指令将机器人的速度分解到四个底轮上,并且通过动作控制芯片完成反馈控制。其框架图如图1.
图1 机器人框架图
3 机器人运动控制系统
机器人硬件系统有个人计算机、32位嵌入微处理器、4轴运动控制芯片、驱动芯片、存储芯片和接口芯片等组成。作为上层计算机的个人电脑,完成图像处理,控制和决策,同时机器人的运动控制有嵌入式系统和运动控制芯片完成。整个系统的图如图2.
图2 运动驱动系统
MCX314主要功能
MCX314是DSP运动控制芯片,有NOVE电子工作研发。它能够同时控制四路脉冲装置驱动器或者步进电机驱动器。MCX314同时具有很多功能,例如;伺服反馈,加速和减速驱动,软件和硬件限速装置,同步动作,输入信号滤波等。
在这个系统中,很多功能是由MCX314来完成的,如下:
从CPU接收指令和数据,并且处理相应的驱动操作。MCX314根据接收的指令发送出相应的脉冲,同时控制四个伺服电机和完成连续的速度处理。
完成反馈控制,MCX314的每一个轴有两个32位位置计算器,一个是逻辑位置计算器,用来计算脉冲输出的准确的个数,用以记录驱动器的逻辑位置;另一个是实际位置计算器,用来计算编码器的脉冲,用以记录驱动器的实际位置。每个轴同时还有两个32位的比较寄存器,用来比较逻辑位置计算器和实际位置计算器,并且根据比较的差异获取闭环控制,由软件实现位置的限制。
ARM微控制器S3C44B0X
三星生产的S3C44B0X是16、32位RISC微处理器,它的设计支持低功耗,并且优秀的微控制功能很好的实现当前和传统的应用。S3C44B0X发展了ARM7TDMI内核,采用025um的CMOS标准元件,并且有存储编译功能。为了降低整体系统的成本,S3C44B0X同时支持如下功能:8Kcache,可选的内部SRAM,2通道UART,4通道DMA,5通道PWM,I/O接口,RTC,8通道10位ADC,IIC-BUS接口,IIS-BUS接口,同步SIO接口和P