复合轮腿移动平台的嵌入式控制系统设计

发布时间：2023-02-19 18:05

　　国家自然科学基金项目《具有轮腿复合功能的移动平台新机构研究》课题研一种基于球齿轮机构的新型移动平台,该平台能够实现跨步和轮式移动的复合功能。该基金项目的研究包括移动平台的机构设计与加工、以及移动平台控制系统的设计两个部分。本论文研究移动平台控制系统的设计,是该项目的重要研究内容。 论文首先简单分析了轮腿机械结构和移动平台驱动原理,明确了移动平台控制系统的控制对象。然后,建立了的单腿姿态描述的坐标系,研究了单腿姿态与驱动机构姿态的变换关系,得到了单腿姿态控制插补算法;在分析移动平台的各种移动方式的基础上,研究了平台的各种移动方式与各单腿动作之间的关系,得到了各单腿姿态参数。在得到了控制系统算法之后,论文采用了功能设计思维和过程设计思维相结合的方法,从系统功能模块入手着重研究了基于AT91R40008的硬件设计。首先详细分析和设计了控制系统中的各个功能模块;然后,进行了电路芯片的选型和各个硬件模块的具体电路设计,构建了基于AT91R40008微控制器芯片的嵌入式硬件系统平台。最后,针对系统功能比较复杂,实时性要求高等特点,选用了μC/OS-II实时操作系统。实现了μC/OS-II在AT91...

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题来源及研究意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 论文研究背景及意义
    1.2 复合式移动平台的研究现状
        1.2.1 新型轮—腿—履带复合移动机构（一）
        1.2.2 新型轮—腿—履带复合移动机构（二）
        1.2.3 复合运动模式四足机器人
    1.3 论文研究的主要内容以及组织结构
        1.3.1 论文研究的核心问题
        1.3.2 论文的组织结构
    1.4 本章小结
第二章 具有轮腿复合功能的移动平台概述
    2.1 渐开线式球齿轮机构分析
        2.1.1 渐开线式球齿轮的形成
        2.1.2 球齿轮的啮合原理
        2.1.3 正确啮合条件
        2.1.4 连续传动条件
    2.2 柔性手腕简介
    2.3 基于柔性轴机构的复合移动平台
        2.3.1 平台的基本结构
        2.3.2 基于柔性轴机构的复合移动平台的基本功能和指标
    2.4 本章小结
第三章 复合轮腿移动平台控制系统总体方案设计
    3.1 机电系统设计方法简介
        3.1.1 机电一体化产品基于功能的设计思维
        3.1.2 机电一体化产品基于过程的设计思维
    3.2 复合轮腿移动平台控制系统的功能设计
        3.2.1 复合轮腿移动平台控制系统的功能定义
        3.2.2 复合轮腿移动平台控制系统的功能分解
    3.3 复合轮腿移动平台控制系统的过程设计
    3.4 本章小结
第四章 复合移动平台姿态算法研究
    4.1 单轴轮腿姿态插补算法研究
        4.1.1 单腿姿态坐标系的建立
        4.1.2 轮腿驱动机构原理
        4.1.3 单腿姿态插补算法
        4.1.4 单腿旋转运动参数求解
    4.2 轮式移动插补算法研究
        4.2.1 直线行进
        4.2.2 斜向行进
        4.2.3 转弯
    4.3 跨步行进插补算法研究
        4.3.1 跨步行进的整体规划
        4.3.2 算法分析
    4.4 复合移动平台姿态算法总结
    4.5 本章小结
第五章 复合轮腿移动平台的控制系统硬件设计
    5.1 嵌入式系统的选型
        5.1.1 嵌入式硬件平台的选择
        5.1.2 嵌入式操作系统的选型原则
        5.1.3 μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统简介
        5.1.4 基于ARM和uc/osⅡ的嵌入式开发平台
        5.1.5 AT91R40008 内部资源分配
    5.2 嵌入式系统开发方法
        5.2.1 嵌入式系统开发的流程
        5.2.2 嵌入式系统的软/硬协同设计技术
    5.3 控制系统的硬件平台设计
        5.3.1 主控制系统的硬件总体结构设计
        5.3.2 单腿控制子系统的硬件总体结构设计
        5.3.3 控制系统的硬件设计
        5.3.4 硬件设计中注意的问题
    5.4 基于MCP2515 CAN控制器的通信接口设计
        5.4.1 CAN总线概述
        5.4.2 MCP2515 CAN控制器介绍
        5.4.3 MCP2515 的SPI接口的设计
        5.4.4 基于TJA1050CAN总线驱动电路设计
        5.4.5 CAN通信SPI工作方式设计
    5.5 底层硬件API函数设计
        5.5.1 I/O操作函数
        5.5.2 电机操作函数
        5.5.3 串口操作函数
        5.5.4 CAN操作函数
    5.6 本章小结
第六章 复合轮腿移动平台控制系统软件设计
    6.1 软件设计方法介绍
    6.2 μC/OS-Ⅱ在AT91R40008 上的移植及仿真环境介绍
        6.2.1 μC/OS-Ⅱ在AT91R40008 上的移植
        6.2.2 Embest IDE for ARM仿真环境介绍
    6.3 控制系统中通讯协议的设计
        6.3.1 复合轮腿移动平台控制系统与远程控制系统的通信设计
        6.3.2 复合轮腿移动平台控制系统中CAN协议设计
    6.4 主控制系统软件设计
        6.4.1 主控制控制系统软件功能分析
        6.4.2 主控制控制系统的工作流程
        6.4.3 主控制控制系统的多任务规划
    6.5 单腿控制子系统软件设计
        6.5.1 单腿控制子系统软件功能分析
        6.5.2 单腿控制子系统软件工作流程设计
        6.5.3 单腿控制子系统的多任务规划
    6.6 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 本文工作总结
    7.2 未来工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果



本文编号：3746701