基于SOPC的開放式工業(yè)機(jī)器人控制器研究.pdf

1、隨著機(jī)器人應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，機(jī)器人的復(fù)雜程度和智能程度也越來越高。為了使機(jī)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(jī)器人控制器。因此，機(jī)器人控制器的研究對(duì)提高機(jī)器人性能和自主能力、推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展具有重大的意義。計(jì)算機(jī)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(jī)器人控制器的實(shí)現(xiàn)提供了新的途徑。本文在研究分析國(guó)內(nèi)外機(jī)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(jī)器人控制器

2、的整體實(shí)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(chǔ)器、外圍1/O及可編程邏輯等器件，在應(yīng)用的靈活性和價(jià)格上都有極大的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合 SOPC系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，利用SOPC系統(tǒng)的可裁剪性、可移植性、強(qiáng)大而豐富的

3、IP功能庫(kù)、良好的模塊化設(shè)計(jì)等，可以實(shí)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(jì)思想，利用可編程片上系統(tǒng)的概念和開發(fā)工具進(jìn)行了一定程度的配置，搭建了機(jī)器人控制器的硬件平臺(tái)，并將 μC/OS-II 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)移植到Nios II 軟核處理器上，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于SOPC的機(jī)器人控制器的開發(fā)平臺(tái)。然后將傳統(tǒng)的 IPC+DSP

4、 或 IPC+單片機(jī)等的兩級(jí)結(jié)構(gòu)映射到 SOPC中，用Nios II軟核處理器代替上位機(jī)功能，用嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器IP核替代單片機(jī)或DSP，最終實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的基于SOPC的開放性機(jī)器人控制器，并利用ModelSim、Quartus II和SignalTap II系統(tǒng)進(jìn)行了分析、測(cè)試和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 最后，本文結(jié)合研究過程中的實(shí)踐，對(duì)SOPC設(shè)計(jì)過程中的時(shí)鐘、競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)和信號(hào)傳輸路徑等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，為今后研制更加先進(jìn)的基于SOPC