DSP+FPGA自动机器人控制系统设计与实现(2)

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4.1 需求分析 16

4.2 设计软件Quartus II 16

4.3 光电编码器信号采集模块设计 18

4.4 FPGA与DSP之间的数据通信模块设计 22

5 机器人运动控制系统设计 24

5.1 需求分析 24

5.2 CCS软件介绍 25

5.3 控制系统软件总体设计 25

5.4 基于编码器的定位算法 27

5.5 本章小结 30

6 自动机器人的调试 30

6.1 Elmo驱动盒相关问题 30

6.2 Flash 程序中运行不正常 31

6.3 传感器干扰问题 31

6.3 直流电机驱动板干扰问题 32

结论 33

致谢 34

参考文献 35

1 引言

1.1 机器人概述

1.1.1 机器人的起源和发展

机器人是一种机械装置，人们通过编程，使其可以自动地完成一些特定的动作。机器人这个词最早出现于1920年，当时的捷克斯洛伐克作家雷尔·恰佩克在其著作《罗萨姆的万能机器人》中首先提出了这个词，这本书讲述了一个名叫罗萨姆的机器人公司将机器人作为一种生产工具推向市场，书中的机器人可以代替人类完成一系列的任务。而根据中国史载，三国时期的诸葛亮也曾发明过类此于机器人的“木流牛马”，这种装置可以代替牲畜人力来运送货物。然而，真正意义上的机器人是1959年才被制造出来，当时的美国人德沃尔和英格伯格制造了世界上第一台用于工业生产的机器人[1]。

机器人是一种自动化的设备，它具有环境感知功能、动态决策与规划功能、行为控制与执行功能。而实现这些功能的硬件主要由传感器、中央处理器、执行机构和控制系统组成。其中传感器对于机器人来说就相当于人类的各种感官，它们能够帮助机器人感知周围环境的各种信息，目前比较常用的传感器有光纤传感器、声呐、激光雷达等。

机器人的迅猛发展是在20世纪70年代以后，随着工业制造技术的不断提高以及人工智能的不断发展，机器人逐渐变得实用化。80年代初期，智能机器人这一概念开始兴起，我们将具有感觉能力，能够自主思考决策的机器人称为智能机器人[2]。这一概念推动了机器人的普及，汽车、电子等行业开始大量使用机器人。90年代是工业机器人发展的高潮期，随着工业制造水平的提高，工业机器人的品种也越来越丰富[3]。1991年，全世界投入使用的工业机器人有53万台，其中很大一部分是装配机器人。机器人的性能不断提高，工业生产效率也随之提升。

21世纪，机器人技术的应用必然会越来越广泛，机器人技术的发展也必然会越来越迅速，机器人技术已经成为推动一个国家技术创新、经济发展的高新技术，在可预见的将来，机器人必将成为改变世界的主要因素。

1.1.2 国内外机器人发展现状

近年来，机器人研究变得越来越实用化和智能化。2004年1月，由NASA研制的火星探测机器人登陆火星，开始探测之旅。2007年12月，NASA完成了一艘水下自动机器人来探测全世界最深的地下水洞。与此同时，各种智能机器人开始被用于军事行动，这些机器人能够代替人类完成侦察和作战等任务，它们在战场上具有与人类相似的视觉、嗅觉和触觉能力，能够高效地完成战场上的各项任务。