基于DSP运动控制的机器人控制系统研究.doc

基于DSP运动控制的机器人控制系统研究 摘要：运动控制系统是实现机器人各种运动和操作的重要控制部件，而其运动控制的主要方式就是对电机的控制。DSP是一种广泛应用于控制电动机的控制芯片，其不仅可以实现对电机的控制，还可以对电机的转速进行检测，从而为机器人的运动控制系统反馈信号，以实现更加精准的控制。本文以DSP控制芯片为基础进行机器人的运动控制系统的设计，主要内容包括运动控制系统的硬件设计和软件设计，以期为机器人的运动控制设计提供参考。 关键词：DSP；运动控制；机器人；速度控制 科学技术的进步推动了工业生产自动化程度的提高，促进了人们生活向智能化迈进的步伐，机器人已经在工业、农业、人类生活等方面得到了广泛的应用。机器人技术包含了自动控制技术、微电子与计算机技术、传感与信息处理技术、人工智能技术与仿生学等多门学科，是一门跨越多个学科、综合性强的技术。机器人的出现改变了传统工业生产的过程，实现了生产的智能化、机械化，推动了科学技术的发展。机器人的控制系统是其核心部分，其控制系统的性能对于机器人操作的精准性至关重要。数字信号处理器（DSP）是一种广泛应用于机器人控制中的控制系统核心芯片，其具有控制的精准度高、可重复、稳定、可靠等优点，能够满足机器人的复杂控制要求。本文以DSP控制芯片为基础进行机器人的运动控制系统的设计，主要内容包括运动控制系统的硬件设计和软件设计，以期为机器人的运动控制设计提供参考。 一、机器人运动控制与DSP控制系统概述 （一）机器人运动控制概述 机器人运动控制系统主要是实现对电机的控制，包括电机的正反转控制、启停控制、电机的转速、转矩、功率等的控制。随着电子技术和自动控制技术的发展，现代的运动控制技术通过计算机、DSP控制器等现代控制技术实现对电机的控制，从而实现机器人运动的精准化。机器人的控制系统是其运动的执行机构，主要包括传感器系统、计算机硬件系统、输入/输出设备、控制软件以及驱动设备等几部分，各部分之间的关系如图1所示。 图1 机器人运动控制系统各部分之间的关系 在对机器人运动控制系统进行设计开发的过程中，需要解决运动控制系统硬件电路组成和各部分控制功能设计等问题。根据机器人用途的不同、使用环境的不同，运动控制系统需要满足控制系统模块化设计，以便于各个模块之间的安装和维护；功能多样化，可以对功能进行扩充；可以实现机器人同时进行多种任务要求，且可根据实际的情况自行判断处理，实现自能的智能化，同时能够实现网络通信，实现资源的共享。 （二）DSP控制系统概述 DSP可编程控制器，是一种可编程的超大规模集成电路器件，控制精度高、运算速度快、可通过下载软件实现复杂的控制、复杂信号的处理以及各种复杂的算法。其内部采用采用并行的哈佛结构可独立的存储控制程序和反馈数据，采用多总线的结构可实现同一机器周期内对程序和数据的多次访问，且其内部含有专用的硬件乘法器，提高了数据的运算速度，从而提高控制器的运算速度。DSP控制系统是以数字信号为输入信号，对数字信号进行分析整理形成模拟量以实现对电机的控制，其一般结构如图2所示。 图2 DSP控制系统一般结构 DSP控制系统以DSP控制器为核心，其结构与一般的单片机结构相同，具备数字信号处理的编程方便、接口方便、可重复性高、稳定可靠、精准控制等优点，还可以通过高级算法实现对控制系统性能的改善。随着机器人使用环境的越来越广泛，对机器人运动控制系统的要求也越来药高，快速、精准成为现代机器人技术发展的要求，也是其发展方向。 二、基于DSP运动控制的机器人控制系统的结构和硬件设计 （一）机器人控制系统的整体结构 机器人要实现其运动的控制需要完成的控制系统，主要包括：通信系统、传感系统、运动控制系统以及规划决策系统，这几个子系统需要组成一个闭环的控制系统，协调、合作共同完成机器人的运动操作。首先由视觉传感系统对工作环境的信息进行采集，通信系统将采集的环境信息传递到规划决策系统进行分析整理，经过规划决策系统的处理发出对机器人运动控制的指令，控制指令经过通信系统传递到运动控制系统进行机器人各控制部分的控制。其结构示意图与控制原理图如3、图4所示。 图3 机器人运动控制系统组成原理图 图4 机器人运动控制过程原理图 机器人运动控制系统中，规划决策系统是其核心的组成部分，其主要负责对传感系统采集的信息进行分析，并快速的做出相应的控制指令，对机器人的运动控制，且规划其运动的路径和下一步的运动，并根据反馈信息对指令进行逐步的纠正和改进。传感系统主要负责对环境信息的采集，包括双目视觉传感器、激光雷达传感器以及图像处理、云卡和相关的控制。通信系统主要负责反馈信息和控制指令的传递，主要通过调制模块对RS-232数据进行无线传输。运动控制系统则是机器人的主要执行机构，通过接受相应的控制指