关于ARM的双足步行机器人运动控制器设计.pdf

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工学硕士学位论文

基于 ARM 的双足步行机器人
运动控制器设计
硕士研究生: 董德吉
导师:李泽湘教授
副导师:
申请学位: 工学硕士
学科、专业: 控制理论与工程
所在单位:深圳研究生院
答辩日期:2006 年 06 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
I
II
Classified Index:
: 621


Dissertation for the Master Degree of Engineering

Design of ARM Based Biped Walking Robot
Motion Controller




Candidate: Deji Dong
Supervisor: Prof. Zexiang Li
Associate Supervisor:
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Control Theory and Engineering
Affiliation: Shenzhen Graduate School
Date of Defence: June , 2006
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
III
IV
摘要
本论文设计了基于 ARM 内核芯片,S3C2440,的机器人运动控制器。
S3C2440 芯片是三星电子设计的最新款高性能基于 ARM 内核的微控制器,最高运
行时钟达 533 MHz。该芯片设计应用于手持应用设备,从另一个观点看它可以看
作是更微型的个人计算机,与其它单片机相比它的功能更加强大,具有更多的通用
端口和更多的外围片上设备。
一直以来,机器人的控制总是与非线性控制,便结构控制,非稳定系统控制
等紧密相关。也正因为如此,许多机器人的运动控制器应用 DSP 或者其他更专业
的特殊数字芯片。在我们的机器人运动控制器中,选择了 S3C2440 作为主控芯
片,外接存储器包括:32M*2 的 SDRAM,2M 的 NOR Flash 和 64M 的 Nand
Flash。根据舵机的控制信号特性,设计使用 S3C2440 的一个通用引脚控制一个舵
机,应用中断来对时间进行描述。
在设计硬件的驱动程序上;S3C2440 芯片上的 UART1 被选作与个人电脑通
讯的工具并编写了相应得驱动程序, 片上 Caches 和 Buffer 系统被使用,片上
PWMtimer0 被设计成对时间进行描述的中断,系统得总线时钟被重新设定。
在软件操作系统的设计上,μC/OS-II 被选作系统得实时内核。该内核是从一
开始就以嵌入式实时应用的实时多任务内核而设计的,由于它的高效性和底硬件资
源占用特性,已经在嵌入式应用中被广泛的采用。该内核可以同时管理最多达 56
个任务,在多数的嵌入式应用中这已经是足够用的了。该论文中移植的μC/OS-II
支持文本切换,中断服务中更改人物的优先级,能有效地运行于 S3C2440 上管理
资源。
该双足步行机器人的驱动器采用舵机。该驱动元件可以看作是位置侍服系
统。控制器最基本的任务就是产生控制舵机所需的控制信号。
关键字 ARM,机器人,S3C2440,μC/OS-II
V
VI
ABSTRACT
This thesis designed a robot controller based on ARM core chip, S3C2440.
S3C2440 is the least product of Samsung Electronics; it can run at 533MHz maximal. It
is designed for hand hold application, this is main it can be seen as micro PC, thus it is
powerful, and it has more general ports and peripheral equipments for more application.
Robotic control is always connected with non-linear control, variation-structure
contro