一种基于四dsPIC的全向轮足球机器人运动控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人运动控制领域，更具体地，涉及一种基于四dsPIC的全向轮足 球机器人运动控制系统。
【背景技术】
[0002] 在机器人足球比赛中，机器人运行于竞争对抗的环境中，赛场的形势瞬息万变。机 器人不但要能实时采集信息，接收计算机的指令，而且要快速响应与控制，以期望的速度和 轨迹运动到足球或目标位置。而运动控制系统是机器人完成这些任务的基础和保证。因 此，如何设计和实现实时性好，准确性高，适应性强的运动控制系统是衡量机器人整体性能 优劣的关键问题。电动机控制专用数字信号处理器的出现，为改善和提高机器人运动控制 系统的性能提供了有力的技术基础。
【发明内容】
[0003] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种基于四dsPIC的全向轮足球机器 人运动控制系统，是一种实时性好、准确性高且适应性强的运动控制系统。
[0004] 为了实现上述目的，本发明的技术方案为： 信号采集模块、计算机、主控制器、第一从控制器、第二从控制器、第三从控制器、电源 模块、通信模块、第一电动机驱动模块、第二电动机驱动模块、第三电动机驱动模块、第四电 动机驱动模块、第一电动机码盘接口、第二电动机码盘接口、第三电动机码盘接口和第四电 动机码盘接口；其中主控制器、第一从控制器、第二从控制器、第三从控制器为dsPIC单片 机； 所述信号采集模块的输出信号接主控制器，主控制器输出的PWM信号经第一电动机驱 动模块隔离后输入第一电动机，第一电动机用于驱动控制第一全向轮，第一电动机的输出 信号还通过第一电动机码盘接口接入主控制器，计算机通过通信模块接主控制器，主控制 器还分别与第一从控制器、第二从控制器、第三从控制器连接； 第一从控制器输出的PWM信号经第二电动机驱动模块隔离后输入第二电动机，第二电 动机用于驱动控制第二全向轮，第二电动机的输出信号还通过第二电动机码盘接口接入第 一从控制器； 第二从控制器输出的PWM信号经第三电动机驱动模块隔离后输入第三电动机，第三电 动机用于驱动控制第三全向轮，第三电动机的输出信号还通过第三电动机码盘接口接入第 二从控制器； 第三从控制器输出的PWM信号经第四电动机驱动模块隔离后输入第四电动机，第四电 动机用于驱动控制第四全向轮，第四电动机的输出信号还通过第四电动机码盘接口接入第 三从控制器。
[0005] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用四个控制器作为底层控制模 块，其中三个控制器中一个作为主控制器，三个作为从控制器，使控制系统硬件简洁，接口 丰富，可扩展大量外设，提高了电路的可靠性、稳定性和兼容。
【附图说明】
[0006] 图1是机器人运动控制系统电路框图。
[0007] 图2是电动机响应曲线图。
【具体实施方式】
[0008] 下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
[0009] 如图1，一种基于四dsPIC的全向轮足球机器人运动控制系统，信号采集模块、计 算机、主控制器、第一从控制器、第二从控制器、第三从控制器、电源模块、通信模块、第一电 动机驱动模块、第二电动机驱动模块、第三电动机驱动模块、第四电动机驱动模块、第一电 动机码盘接口、第二电动机码盘接口、第三电动机码盘接口和第四电动机码盘接口；其中主 控制器、第一从控制器、第二从控制器、第三从控制器为dsPIC单片机； 所述信号采集模块的输出信号接主控制器，主控制器输出的PWM信号经第一电动机驱 动模块隔离后输入第一电动机，第一电动机用于驱动控制第一全向轮，第一电动机的输出 信号还通过第一电动机码盘接口接入主控制器，计算机通过通信模块接主控制器，主控制 器还分别与第一从控制器、第二从控制器、第三从控制器连接； 第一从控制器输出的PWM信号经第二电动机驱动模块隔离后输入第二电动机，第二电 动机用于驱动控制第二全向轮，第二电动机的输出信号还通过第二电动机码盘接口接入第 一从控制器； 第二从控制器输出的PWM信号经第三电动机驱动模块隔离后输入第三电动机，第三电 动机用于驱动控制第三全向轮，第三电动机的输出信号还通过第三电动机码盘接口接入第 二从控制器； 第三从控制器输出的PWM信号经第四电动机驱动模块隔离后输入第四电动机，第四电 动机用于驱动控制第四全向轮，第四电动机的输出信号还通过第四电动机码盘接口接入第 三从控制器。
[0010] 本实施例的基于四dsPIC的全向轮足球机器人运动控制系统，是使用一片 dsPIC30F4011和三片dsPIC30F2010作为底层控制器，dsPIC30F系列数字信号控制器内部 资源丰富，有16位单片机的所有功能，指令速度最高可达30MIPS，与DSP相当。单内核无缝 集成MCU和DSP，有专门的电动机PWM控制模块，抗干扰能力强，而且体积小，焊接更换方便。 采用四dsPIC架构，即四个dsPIC通过串口总线连接起来，共同完成机器人的运动控制。四 个dsPIC对四个电动机进行模块化控制，dsPIC30F4011为主控制器，控制第一电动机，而 三个dsPIC30F2010为从控制器，分别控制第二、三、四号电动机。在结构上，使用分级控制 方式，四个控制器分为两级：主控制器负责整个系统管理；三个从控制器则负责扩展外设。 四个控制器协同处理底层信息和控制执行机构，处理速度快，实时性好，可控性强，大大减 轻了控制器的负担。而且四dsPIC架构的控制系统硬件简洁，接口丰富，可扩展大量外设， 提高了电路的可靠性、稳定性和兼容性。
[0011] 机器人运动控制系统软件体系主要包括收发指令数据、执行指令和异常的预防与 处理。
[0012] 为了能让机器人及时、准确地接收和执行指令信息，通信的快速、可靠及稳定性非 常重要。如图1所示，单个机器人通信系统分为三级：计算机和主控制器为第一级；主控 制器和三个从控制器为第二级；从控制器和外设模块(数字指南针等）为第三级，各级间均 为全双工的异步串口通信。由于主控制器dsPIC30F4011具有两个串口（UART1和UART2)， 因此它可以同时与计算机和各从控制器通信。从控制器dsPIC30F2010虽然只有一个串口 (UART1)，但该串口有两组引脚U1TX，U1RX和U1ATX、U1ARX。因此，从控制器通过U1TX、U1RX 和主控制器通信，而通过备用引脚U1ATX、U1ARX与外设通信。
[0013] 各级具体通信过程如下： 第一级：主控制器经USB转串口 232通过UART1与计算机通信。主控制器接收到计算 机发送的一帧完整指令(指令帧格式见表1)后，将通信接收标志置位，通知主循环新指令接 收完毕。此外，主控制器定时返回数字指南针角度，四个电动机码盘计数值和电源电压等数 据给计算机(数据帧格式见表2)，供上层决策系统使用。
[0014] 第二级：主控制器通过UART2与三个从控制器通信。主控制器检测到通信接收标 志置位后，将2、3、4号电动机的期望速度通过广播方式发送给三个从控制器。主控制器定 时通过地址寻址方式分别同三个从控制器通信，读取电动机码盘计数值和数字指南针角度 等外设数据。
[0015] 第三级：在和主控制器通信完成后，从控制器将串口切换到与外设连接的备用引 脚，向外设发送特殊命令字，读取外设数据。
[0016] 表1主控制器接收到的指令帧格式
【主权项】
1. 一种基于四dsPIC的全向轮足球机器人运动控制系统，其特征在于，包括：信号采 集模块、计算机、主控制器、第一从控制器、第二从控制器、第三从控制器、电源模块、通信模 块、第一电动机驱动模块、第二电动机驱动模块、第三电动机驱动模块、第四电动机驱动模 块、第一电动机码盘接口、第二电动机码盘接口、第三电动机码盘接口和第四电动机码盘接 口；其中主控制器、第一从控制器、第二从控制器、第三从控制器为dsPIC单片机； 所述信号采集模块的输出信号接主控制器，主控制器输出的PWM信号经第一电动机驱 动模块隔离后输入第一电动机，第一电动机用于驱动控制第一全向轮，第一电动机的输出 信号还通过第一电动机码盘接口接入主控制器，计算机通过通信模块接主控制器，主控制 器还分别与第一从控制器、第二从控制器、第三从控制器连接； 第一从控制器输出的PWM信号经第二电动机驱动模块隔离后输入第二电动机，第二电 动机用于驱动控制第二全向轮，第二电动机的输出信号还通过第二电动机码盘接口接入第 一从控制器； 第二从控制器输出的PWM信号经第三电动机驱动模块隔离后输入第三电动机，第三电 动机用于驱动控制第三全向轮，第三电动机的输出信号还通过第三电动机码盘接口接入第 二从控制器； 第三从控制器输出的PWM信号经第四电动机驱动模块隔离后输入第四电动机，第四电 动机用于驱动控制第四全向轮，第四电动机的输出信号还通过第四电动机码盘接口接入第 三从控制器。
2. 根据权利要求1所述的基于四dsPIC的全向轮足球机器人运动控制系统，其特征在 于，所述电源模块：为运动控制系提供24V、15V、5V和3. 3V电压。
3. 根据权利要求1所述的基于四dsPIC的全向轮足球机器人运动控制系统，其特征在 于，所述通信模块为RS232,用于实现各模块间通信。
4. 根据权利要求1所述的基于四dsPIC的全向轮足球机器人运动控制系统，其特征在 于，所述信号采集模块包括加速度传感器和电源电压采集器。
5. 根据权利要求1所述的基于四dsPIC的全向轮足球机器人运动控制系统，其特征在 于，所述运动控制系统还包括摄像装置，摄像装置与一从控制器连接。
【专利摘要】本发明公开了一种基于四dsPIC的全向轮足球机器人运动控制系统，是从硬件和软件两个方面和实现了基于四dsPIC的全向轮足球机器人运动控制系统。采用该运动控制器的机器人在比赛过程中，能够迅速响应指令，运动快速灵活。实践证明该控制系统性能优异，运行稳定，可控性强。
【IPC分类】G05D3-12, G05B19-18
【公开号】CN104570923
【申请号】CN201410716712
【发明人】冯炳和
【申请人】冯炳和
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月2日