开放式教学机器人运动控制器设计

摘要

国内不少高校和公司研制的教学机器人运动控制器仍有需改进的方面，经分析认为主要有两点：一是针对确定的执行电机而设计，不具备控制对象的多样性；二是部分以CPLD、ARM或专用运动控制芯片为主控核心，不利于控制软件对用户的开放。因此本论文提出了一种基于EDUROBOT- 680-II型教学机器人的开放式运动控制器，主要研究内容如下： 1、在参考和阅读相关的资料和文献后，初步分析和概括了国内外教学机器人相关领域的发展和现状，以此为背景，分析了开展本课题的必要性以及课题的主要研究内容。 2、通过对多种运动控制结构方案的了解和比较，结合本论文设计对象的特点选取了工控机＋自制接口卡的结构，该结构利于实现开放式的软件控制系统；通过对实时操作系统的了解和比较，选择了源代码公开的免费实时内核uC/OS-II，该内核采用ANSI C编译，理工科师生都比较熟悉，方便使用。 3、完成了接口卡的从芯片选型、PCB原理图绘制到电路板上芯片的焊接及测试等一系列工作。实现的功能主要有：一、具有模拟量指令和脉冲指令两种输出，可兼容步进电机和伺服电机，并具备对伺服电机进行位置、速度和力矩等多种模式的控制；二、具备单轴十个开关量输入输出用于相应的电机驱动器开关量控制。 4、学习并熟悉了如何使用实时操作系统uC/OS－II，并以此编制了相应的运动控制程序，实现了软伺服控制方式以允许用户对机器人的底层运动控制算法进行研究；同时，完全开放的软件系统也使之成为一个学习运动控制软件系统的平台，如系统结构和中断、通讯、任务管理等具体功能。 5、对运动控制器作了一些调试工作，经测试，基本达到了课题设计要求。