【正文】 南 陽 理 工 學(xué) 院 本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 學(xué)院（系）： 電子與電氣工程系 專 業(yè)： 自 動 化 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師 ： 完成日期 2020 年 5 月 南陽理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 DSP 的 全向運動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 Software Design of Omnidirectional Motion Control System Based on DSP 總 計 ： 42 頁 表 格 ： 5 個 插 圖 ： 31 幅 南 陽 理 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 基于 DSP 的全向運動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 Software Design of Omnidirectional Motion Control System Based on DSP 學(xué) 院（系）： 電子與電氣工程系 專 業(yè)： 自動化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師（職稱）： 評 閱 教 師： 完 成 日 期： 南陽理工學(xué)院 Nanyang Institute of Technology基于 DSP 的全向運動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 I 基于 DSP 的全向運動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 自動化專業(yè) [摘 要 ] 本文 基于 DSP C2020系列 TMS320LF2407A核心控制芯片，以 CCStudio 軟件為開發(fā)平臺， 在了解 RoboCup 中型組足球機(jī)器人和其他全向機(jī)器人的基礎(chǔ)上， 主要完成了全向運動控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。 通過對全向運動控制 系統(tǒng) 的研究，建立了三軸全向運動學(xué)數(shù)學(xué)模型，并對整體平移運動、原地旋轉(zhuǎn)運動 、邊平移邊旋轉(zhuǎn) 三種運動 方式進(jìn)行分析和數(shù)學(xué) 建模；利用 上位機(jī) ， 經(jīng)無線模塊發(fā)送運動方式和各種 運行 參數(shù) ，控制運動系 統(tǒng)實現(xiàn)各種 運動 模式 ； 經(jīng) 全向運動控制系統(tǒng)軟件的編寫 和與相關(guān)硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試 ， 系統(tǒng)實現(xiàn)了 預(yù)訂的 全向運動 形式。通過試驗 驗證和結(jié)果分析，各種運動狀態(tài)的準(zhǔn)確性 已達(dá)到 性能的基本 要求 。 [關(guān)鍵詞 ] DSP；全向 運動控制 ； 數(shù)學(xué)建模 ； MATLAB 仿真 ； 串行通信 。軟件設(shè)計 Software Design of Omnidirectional Motion Control System Based on DSP Automation Specialty LI Hai－ qing Abstract: This article is based on The TMS320LF2407A in the series of DSP C2020 as the control core chip and the software of CCStudio as the development platform. It is basis on the understanding of mediumsized group about soccer robot in Robocup and other omnidirectional robot, mainly acplish the software design of a Omnidirectional Motion Control System. Through the research to the motion control system, motion control system was established to all three axis kinematics mathematic model, build the mathematical modeling and analysis three kind of movement ,which include the whole translation movement, spin around movement and edge translation and the PC, The wireless module to send the movement and a variety of operating parameters, control motion system to achieve a variety of motion modes。 By the whole motion control system software to write and online calibration with relevant hardware, the system realized the omnidirectional movement we expected. Through the results analysis and experimental verification, the accuracy have already meet requirements of various sports state. Key Words: DSP。 omnidirectional motion control。 mathematical modeling。 MATLAB simulation。 serial munication； software design 基于 DSP 的全向運動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 II 目 錄 1 引言 ................................................................. 1 全向運動控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 ....................................... 1 本課題的研究意義及前景 ......................................... 2 論文組織結(jié)構(gòu) ................................................... 3 2 全向運動控制系統(tǒng)分析 ................................................. 3 全向運動控制系統(tǒng)運動學(xué)模型建立 ................................. 3 不同運動方式的運動特性 .......................................... 5 平移運動 .................................................. 5 原地旋轉(zhuǎn)運動 .............................................. 7 邊平移邊旋轉(zhuǎn)運動 .......................................... 8 3 基于 DSP的硬件系統(tǒng)簡介 ............................................... 8 控制芯片選擇 ................................................... 8 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ................................................. 9 硬件系統(tǒng)基本模塊 .............................................. 10 4 系統(tǒng)運動控制的 MATLAB 仿真 ........................................... 13 電機(jī) PID 控制 .................................................. 13 轉(zhuǎn)速檢測 ...................................................... 14 MATLAB 仿真 .................................................... 15 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ........................................................ 16 軟件開發(fā)平臺及仿真器 .......................................... 16 運動控制軟件設(shè)計 .............................................. 18 主程序 ................................................... 18 三種基本運 動狀態(tài)子程序 ................................... 19 電機(jī)控制子程序 ........................................... 20 無線發(fā)送子程序 ........................................... 20 上位機(jī)軟件及通訊協(xié)議 .......................................... 21 6 實驗驗證及結(jié)果分析 .................................................. 22 試驗場地 ....................................................... 23 各項性能測試 .................................................. 24 速度 PID 測試 ............................................. 24 平移運動測試 ............................................. 24 原地旋轉(zhuǎn)測試 ............................................. 25 基于 DSP 的全向運動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 III 平移 +旋轉(zhuǎn)運動測試 ........................................ 26 影響因素分析 .................................................. 26 結(jié)束語 ................................................................ 28 參 考文獻(xiàn) .............................................................. 29 附錄 .................................................................. 30 致謝 .................................................................. 42 基于 DSP 的全向運動控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 1 1 引言 隨 著 機(jī)器人技術(shù)的日新月異，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域也已從工業(yè)走向普通生活。 機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)在人們的生活中越來越發(fā)揮著重要的作用。 作為機(jī)器人中的 全向運動機(jī)器 人 ，有著其特殊的運動形式，即 可以不改變姿勢向任何方向運動，找到最佳位置。 同時 也可以邊往某個方向運動，邊調(diào)整自身的姿勢達(dá)到最佳運動效果 ， 可以在平面內(nèi)完美的往任何方向做三自由度運動。全向運動機(jī)器人其高靈活度，勢必會在機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)揮不可代替的作用。 在 全向運動機(jī)器人中 現(xiàn)階段 比較常見的是三輪結(jié)構(gòu)和四輪結(jié)構(gòu) （如圖 1 所示 ） 。通過控制各個輪子間相互協(xié)調(diào)運動達(dá)到全方位的運動效果，包括全方位平移、全方位邊平移邊旋轉(zhuǎn)和原地旋轉(zhuǎn)運動形式。 圖 1 三輪和四輪的結(jié)構(gòu)模型 全向運動控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 在機(jī)器人高速發(fā)展的今天 ，機(jī)器人的使用越來越廣泛，如用于軍事、勘探、工業(yè)和家居等等。中國要想變成世界強(qiáng)國，也必須重視起機(jī)器人技術(shù)。同時機(jī)器人技術(shù) 不能只靠少量研究人員，必須從學(xué)生時代培養(yǎng)機(jī)器人技術(shù)。 只有這樣中國的機(jī)器人事業(yè)才會涌現(xiàn)大批的人才，