【導(dǎo)讀】本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文). 完成日期2020年5月。基于DSP的全向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。指導(dǎo)教師（職稱）：。[摘要]本文基于DSPC2020系列TMS320LF2407A核心控制芯片，以CCStudio. 軟件為開發(fā)平臺(tái)，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。全向運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型，并對(duì)整體平移運(yùn)動(dòng)、原地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、邊平移邊旋轉(zhuǎn)三種運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方式和各種運(yùn)行參數(shù)，控制運(yùn)。統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)訂的全向運(yùn)動(dòng)形式。通過試驗(yàn)驗(yàn)證和結(jié)果分析，各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)確性已達(dá)。到性能的基本要求。4系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的MATLAB仿真......

　　

【正文】 圖 26 試驗(yàn)場地 基于 DSP 的全向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 24 各項(xiàng)性能測試 需要試驗(yàn)驗(yàn)證 測試 的 有： PID 驗(yàn)證、平移驗(yàn)證、原地旋轉(zhuǎn)驗(yàn)證、邊平移邊旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)制作試驗(yàn)裝 置，分別對(duì)各種性能測試。 速度 PID 測試 對(duì)電機(jī) PID效果進(jìn)行測試，測試方法為記錄從啟動(dòng)到穩(wěn)定后一段時(shí)間 內(nèi)相隔時(shí)間段增量編碼器記錄數(shù)。在系統(tǒng)中每隔 3 ms 記錄一次 3ms 內(nèi)記錄數(shù)。在這個(gè)試驗(yàn)中測試占空比為 200（占空比 2/5）的上升曲線。下面紅色線為開環(huán)曲線，上面深藍(lán)色曲線為 PID的效果曲線。能夠滿足要求，效果如下圖 27 所示。 電機(jī)P I D 速度響應(yīng)曲線01020304050607080901001101201301401501601701801902002100 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300時(shí)間m s編碼器值（3ms計(jì)數(shù)值）PWM200PIDPWM200 圖 27 電機(jī) 實(shí)際 PID效果 曲線 平移運(yùn)動(dòng) 測試 平移運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)全向運(yùn)動(dòng)的最主要部分， 其是否準(zhǔn)確穩(wěn)定關(guān)乎全向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)整體的成敗。在驗(yàn)證平移性能的時(shí)，采用在系統(tǒng)上 安裝自制鉛筆 留痕 裝置 （如圖 28） ，能夠跟隨系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)留下系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的軌跡，依此來采集系統(tǒng)平移是的各項(xiàng)性能。 圖 28 留痕裝置 基于 DSP 的全向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 25 下圖 29 為 系統(tǒng)沿 x 軸負(fù)方向平移的曲線圖，起始位置為（ 110 20），結(jié)束位置為（ 10 ），即走過 1m的距離誤差△ e=，最大 。 圖 29 系統(tǒng)平移曲線 原地旋轉(zhuǎn) 測試 系統(tǒng)安裝有數(shù)字指南針，能夠根據(jù)地球磁場感知方位。其快速性和精確性為系統(tǒng)準(zhǔn)確的方位提供可能。驗(yàn)證指南針轉(zhuǎn)角是否正確比較簡單，直接觀看 TFT 液晶顯示的指南針角度就可以知 道準(zhǔn)確性。同時(shí)可以參考試驗(yàn)場地標(biāo)出互成 45176。的虛線 看是否轉(zhuǎn)到位，下圖 30 為試驗(yàn)場地轉(zhuǎn)角 有 0176。到 45176。時(shí)的情況。 圖 30 0176。到 45176。轉(zhuǎn)角示意圖 基于 DSP 的全向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 26 通過指南針顯示能夠很清晰的看到，最終轉(zhuǎn)到的角度已經(jīng)達(dá)到了設(shè)定角度，誤差在? 1176。，而且此誤差是為了避免 轉(zhuǎn)到角度出現(xiàn)來回校準(zhǔn)而設(shè)置的死區(qū)，故原地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能夠準(zhǔn)確的執(zhí)行。 平移 +旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 測試 全向運(yùn)動(dòng)特與其他運(yùn)動(dòng)形式最大的區(qū)別在于它 能 二維平面內(nèi)不但能夠不做任何準(zhǔn)備的情況下 往任意方向平移，但最高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式 為在全向平移的基礎(chǔ)上能夠調(diào)整自身姿態(tài)也就是平移過程中自身能夠旋轉(zhuǎn)。 下圖 31 為系統(tǒng)由（ 20 20）到（ 80 80）邊移動(dòng)邊旋轉(zhuǎn)，黑色三角箭頭為系統(tǒng)方向。 圖 31 系統(tǒng)平移 +旋轉(zhuǎn)曲線 經(jīng)顯示測試，其最終坐標(biāo)在（ 82 78），誤差約等于在 3cm。 影響因素 分析 影響系統(tǒng)性能的因素大部分來源于外部，大致分為以下幾種情況： （ 1） 電池電量不足，導(dǎo)致系統(tǒng)電機(jī)啟動(dòng)或大的變化時(shí)電流不足。導(dǎo)致系統(tǒng)不能很好的按照設(shè)定的形式運(yùn)動(dòng)。 (2） 外部磁場干擾 ，數(shù)字指南針能夠很靈敏的感應(yīng)磁場，所以外部稍強(qiáng)點(diǎn)的磁場就能干擾系統(tǒng)， 一方面是 金屬鐵，其很容易磁化，導(dǎo)致變成弱磁鐵。 在室內(nèi)鋼筋結(jié)構(gòu)的環(huán)境下各個(gè)位置受到的磁干擾不同，經(jīng)測試最大可影響角度達(dá) 30176。角，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)性能。 另一方面是電機(jī)，由于電機(jī)帶有磁性較強(qiáng)磁鐵，產(chǎn)生磁場的磁場也對(duì)指南針有一定干擾。 去除干擾的方法只能經(jīng)過硬磁補(bǔ)償來減少很少部分干擾，大多數(shù)干擾無法去除。 基于 DSP 的全向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 27 (3） 驅(qū)動(dòng)輪干擾，本設(shè)計(jì)使用的是瑞典全向輪，輪子外側(cè)有兩排相互交錯(cuò)的側(cè)輪，使得驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)過程中，造成上下震動(dòng)。同時(shí)由于驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)會(huì)造成電機(jī)力矩 發(fā)生變化，L=12 或 ，及內(nèi)外兩個(gè)側(cè)滑輪著地時(shí)會(huì)造成力矩 的變化，會(huì)使得系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生誤差。 基于 DSP 的全向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 28 結(jié)束語 全向 運(yùn)動(dòng)控系統(tǒng)在全向機(jī)器人上的應(yīng)用 可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人向任意方向做直線運(yùn)動(dòng)而不需要事先作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且在以直線運(yùn)動(dòng)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的過程中同時(shí)可以做自身旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)，從而達(dá)到終態(tài)所需的姿態(tài)角。 其特殊的移動(dòng)方式使得全向機(jī)器人越來越得到重視和應(yīng)用，其未來的實(shí)用領(lǐng)域和前景將更加寬廣。本設(shè)計(jì)完成的主要工作為以下幾點(diǎn)： (1) 對(duì)目前的幾種運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究 分析， 設(shè)計(jì)了互成 120 度的三軸運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。 (2) 對(duì)三軸運(yùn)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。對(duì)全向運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的幾種運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行了詳細(xì)的分析計(jì)算 。 (3) 運(yùn)用 TMS320LF2407A 芯片為控制核心， 使 用了 其模塊 UART（ SCI） 、 IIC（模擬）、PWM、 I/O、 CAP、外部擴(kuò)展 RAM。同時(shí)圍繞核心的外部器件進(jìn)行程序的編寫調(diào)試，已達(dá)到全向控制的目的。 (4) 使用了 的 MSComm 控件編寫上位機(jī)軟件，設(shè)計(jì)上位機(jī)界面和功能，編寫通信協(xié)議。使得系統(tǒng)能夠經(jīng)過 選擇相關(guān)運(yùn)動(dòng)形式， 修改上位機(jī) 的相關(guān)參數(shù) 來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的全向運(yùn)動(dòng)。同時(shí)能夠在上位機(jī)顯示系統(tǒng)現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和三個(gè)電機(jī)速度值。并實(shí)現(xiàn)了通過游戲手柄來遙控系統(tǒng)的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 (5) 對(duì)多電機(jī)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字增量式 PID 控制， 三個(gè)電機(jī)各自 PID 控制且互不影響，并通過 MATLAB 進(jìn)行了仿真。 使得 計(jì)算出的速度能夠很好的執(zhí)行，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。 (6) 實(shí)現(xiàn)了全向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的所有運(yùn)動(dòng)形式，且經(jīng)過試驗(yàn)測試驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性。 基于 DSP 的全向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 29 參考文獻(xiàn) [1] 徐旭 ,李實(shí) ,葉榛 ,孫增圻 .A Survey: RoboCup and the Research Proceedings of the 3rd World Congress on Intelligent Control and Automation[M],2020 [2] 趙冬斌 ,易建強(qiáng) ,鄧旭玥 .全方位移動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)分析 [J].機(jī)器人 .2020(25) [3] 海丹 .全向移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與控制 [D].長沙 :國防科技大學(xué) . 2020 [4] 龔建偉 .Visual C++/Turbo C串口通信編程實(shí)踐 . 北京 .電子工業(yè)出版社 ， 2020 [5] RaulRojas:Omnidirectional Control,FreieUniversityBerlin,Technical Report B1003, 2020． [6] 劉和平 .DSP 原理及電機(jī)控制應(yīng)用 — 基于 TMS320LF240X 系列 [M].北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020. 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