基于FPGA的六足机器人控制系统设计

目录

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外多足机器人研究现状

1.2.1 国外多足机器人的研究现状

1.2.2 国内多足机器人的研究现状

1.3 多足机器人控制方法研究现状

1.3.1 基于模型的方法

1.3.2 基于行为的方法

1.3.3 中枢模式发生器(CPG)控制的方法

1.4 论文的研究目的

1.5 论文的研究内容及结构安排

2 六足机器人运动控制系统总体方案设计

2.1 蚂蚁生理结构分析

2.2 六足机器人的结构设计理论

2.2.1 六足机器人腿的排布

2.2.2 六足机器人的腿部设计

2.2.3 六足机器人整体结构设计

2.3 六足机器人运动学分析

2.3.1 建立机体坐标系

2.3.2 摆动腿运动学分析

2.3.3 支撑腿运动学分析

2.3.4 六足机器人足端点速度分析

2.4 六足机器人控制系统总体框架

2.4.1 控制系统设计的总体要求

2.4.2 六足机器人控制系统体系结构设计

2.4.3 六足机器人平台硬件方案

2.5 本章小结

3 基于CPG的六足机器人步态算法研究

3.1 生物CPG控制机理

3.2 CPG步态算法设计思路

3.3 CPG振荡器选型与分析

3.3.1 CPG振荡器选型

3.3.2 独立参数对单个Hopf振荡器的影响

3.4 六足机器人的步态生成

3.4.1 步态的基本概念

3.4.2 昆虫的典型步态

3.5 六足机器人CPG网络拓扑结构

3.5.1 CPG网络整体结构

3.5.2 腿间协调控制研究

3.5.3 腿内协调控制研究

3.6 本章小结

4 控制系统硬件设计

4.1 多轴控制器核心控制板电路设计

4.1.1 主控芯片的选型

4.1.2 FPGA的最小系统电路

4.2 多轴控制器底层驱动板电路设计

4.2.1 RS422串口电路设计

4.2.2 电机驱动电路设计

4.2.3 足端力信号检测电路

4.2.4 数据处理、采集电路设计

4.3 多轴控制器板的制作与调试

4.4本章小结

5 控制系统软件设计

5.1 硬件开发语言与软件开发环境介绍

5.1.1 硬件开发语言介绍

5.1.2 软件开发环境介绍

5.2 基于FPGA的设计流程

5.2.1 FPGA的一般设计流程

5.2.2 基于Matlab/Simulink的FPGA设计流程

5.3 FPGA的模块化设计

5.4 CPG算法硬件实现模块

5.4.1 HDL Coder简介

5.4.2 CPG算法的RTL代码自动生成

5.4.3 CPG算法的硬件在环仿真验证

5.5 UART串口模块

5.5.1 串口数据帧定义

5.5.2 通信协议

5.5.3 UART通讯顶层程序设计

5.5.4 UART通讯发送器模块设计

5.5.5 UART通讯接收器模块设计

5.5.6 UART通讯波特率模块设计

5.6 电机接口模块

5.6.1 PWM调速信号生成

5.6.2 旋转方向与停止信号生成

5.7 数据采集模块

5.8 本章小结

6 六足机器人实验验证

6.1 六足机器人原理样机特性

6.2 电机控制实验

6.3 平坦地形运动实验

6.3.1 三足直行步态

6.3.2 四足直行步态

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及成果

致谢

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