基于PC+DSP模式的开放式机器人控制系统及其应用研究

【摘要】： 智能化农业机械是本世纪农业机械的发展趋势，本论文分析了农业机器人的特点、国内外的研究和应用现状，指出影响农业机器人应用的问题在于：农业机器人成本过高，农业机器人没有达到农业生产的智能需要。我们提出具有开放式结构的农业机器人可以有效的解决目前农业机器人应用存在的问题。机器人的核心在于控制部分，本论文的主要目标是建立具有开放式结构的机器人控制系统软、硬件平台，并实现对PUMA560机器人的控制，主要的工作： 1．通过对开放式控制器的定义、特点和OSACA，OMAC和OSEC规范分析，指出实现开放式机器人控制器的具体硬件和软件要求，本文还对现阶段开放式机器人控制器实现模式进行了详细的叙述，分析了PMAC运动控制卡的功能特点，提出采用PMAC和IPC实现基于PC+DSP模式的开放式机器人控制器的设想。 2．对具有开放源码的操作系统LINUX进行了详细的讨论，分析了LINUX内部进行分时操作的机制及在其之上进行实时扩展的可能。对LIUNX的实时扩展内核RT-LINUX进行了全面的分析，指出了RT-LINUX实现实时扩展的基本原则和方法。 3．首次利用RT-LINUX作为PC+DSP模式开放式控制器的操作系统。编写了RT-LINUX下的PMAC驱动程序，使RT-LINUX与PMAC控制卡之间建立通讯。编写PC+DSP开放式控制器的集成控制操作软件，实现用户与机器人之间的交互操作。 4．提出利用开放式控制器对PUMA560机器人进行控制，给出了控制策略：用PC+DSP控制器取代原有的控制器，但利用原系统的功率驱动部分，不影响原有系统的性能。为便于科研和对比，新系统保留原系统的控制部分，设置了相应的切换开关，使新老系统能够相互切换。为实现这个控制策略，作者对PUMA560机器人及其控制系统进行了详细的分析，找出了反馈信号及控制信号的传输路径，确定抽取反馈信号和加入控制信号的最佳位置。在理论分析的基础上，作者设计和制作相应的辅助电路板，对原控制系统的LSI-11微处理器信号进行截取和阻断。并成功将PC+DSP控制器的运动控制信号加 浙江人学地十学位论文 邢 坠 入到原系统的功率驱动部分。通过对PUMA560机器人控制器的改造，实现 了）j’放J们’山控制器对PIJMA56叫升MX人的1中制。 5．对oL器人运动空间的避障作了理论分析，利用空间边界特征给出了机监人工 作空间到C－空间转换的快速算法。并用A”算法和神经网络算法实现了避I漳 路径规划。对两种算法的计算仿真，得出结论：＊“算法适合静态环境中的路 径规划，而神经网络算法适合动态环境中的路径规划。