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基于DSP+FPGA的排爆机器人控制系统设计与实现

【摘要】:目前,排爆机器人在全球日趋严峻的恐怖袭击事件中扮演着重要的角色,大大降低了人员伤亡,因此,对排爆机器人的研究具有重要的社会意义,而市场上排爆机器人的价格居高不下,不利于大范围地推广使用。本文从实际应用的角度出发,提出了一种基于DSP+FPGA的排爆机器人控制系统设计方案,完成了排爆机器人控制系统的硬件平台搭建和软件编写,并通过实验进行验证。排爆机器人控制系统的硬件平台以DSP和FPGA为核心,系统采用模块化思想独立设计了各个子模块,主要分为运动控制模块、电源模块、数据通讯模块和视频采集模块。运动控制模块采用FPGA进行开发,通过DSP的外部接口(XINTF)来实现FPGA和DSP之间的数据交互,根据DSP传送的数据来产生电机的控制信号,利用FPGA的并行处理能力来实现8组直流无刷电机的驱动与控制。电源模块采用锂电池供电,通过多个DC-DC模块为控制系统各个模块提供所需电源。数据通讯模块采用了无线数传模块,实现了机器人的远程遥控。视频采集模块是以Zedboard开发板和无线路由为核心,通过搭建一个无线局域网实现视频传输,在PC端通过WIFI接入无线局域网实现排爆机器人的视频监控。此外,通过对机械手数学模型的建立,利用机器人逆运动学的理论知识,设计了基于DSP的ePWM模块的两种控制模式来控制机械手的运动。基于上述排爆机器人控制系统设计的方案,首先完成了DSP+FPGA主控板、信号驱动板及各个功能模块的硬件设计和底层驱动软件的设计。然后分别对各个模块反复调试、修改和验证。最后整合所有模块进行联合测试,实验表明,基于DSP+FPGA的排爆机器人控制系统的设计方案具有良好的实时性和抗干扰的能力,能完成前后运动,转弯等基本动作。同时通过手动操作机械手,并结合远程无线视频,可准确抓取一定质量的物品。所提方案基本满足了排爆机器人的功能要求。

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