基于SOPC的開放式工業(yè)機器人控制器研究.pdf

1、隨著機器人應(yīng)用范圍的擴大，機器人的復(fù)雜程度和智能程度也越來越高。為了使機器人能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，必須要研制柔性化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的開放性機器人控制器。因此，機器人控制器的研究對提高機器人性能和自主能力、推動機器人技術(shù)的發(fā)展具有重大的意義。計算機技術(shù)與微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是可編程片上系統(tǒng)SOPC的出現(xiàn)，為機器人控制器的實現(xiàn)提供了新的途徑。本文在研究分析國內(nèi)外機器人控制器發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了基于SOPC的開放式機器人控制器

2、的整體實現(xiàn)方案。 SOPC是PLD (Programmable Logic Device，即可編程邏輯器件)和ASIC　( Application Specific Integrated Circuits，即專用集成電路)技術(shù)融合的結(jié)果，它集成了硬核尤其是軟核CPU、DSP、存儲器、外圍1/O及可編程邏輯等器件，在應(yīng)用的靈活性和價格上都有極大的優(yōu)勢。結(jié)合 SOPC系統(tǒng)的強大功能，利用SOPC系統(tǒng)的可裁剪性、可移植性、強大而豐富的

3、IP功能庫、良好的模塊化設(shè)計等，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)更開放和性能更高的控制器。 本文首先利用集成了 Nios II軟核處理器的Cyclone II 高密度 FPGA 的可編程片上系統(tǒng)，根據(jù)模塊化的設(shè)計思想，利用可編程片上系統(tǒng)的概念和開發(fā)工具進行了一定程度的配置，搭建了機器人控制器的硬件平臺，并將 μC/OS-II 實時操作系統(tǒng)移植到Nios II 軟核處理器上，實現(xiàn)了一個基于SOPC的機器人控制器的開發(fā)平臺。然后將傳統(tǒng)的 IPC+DSP

4、 或 IPC+單片機等的兩級結(jié)構(gòu)映射到 SOPC中，用Nios II軟核處理器代替上位機功能，用嵌入式運動控制器IP核替代單片機或DSP，最終實現(xiàn)了一個完整的基于SOPC的開放性機器人控制器，并利用ModelSim、Quartus II和SignalTap II系統(tǒng)進行了分析、測試和實驗驗證。 最后，本文結(jié)合研究過程中的實踐，對SOPC設(shè)計過程中的時鐘、競爭冒險和信號傳輸路徑等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，為今后研制更加先進的基于SOPC