足球机器人系统设计

摘要I摘要全自主中型足球机器人是当今机器人足球研究的一个热点。全自主中型足球机器人系统的研究不仅涉及机械电子学、机器人学、传感器信息融合、智能控制等技术、还涉及通讯、计算机视觉、计算机图形学、人工智能等各个领域。机器人足球将知识性和娱乐性融为一体，提供了一个展示高科技成果的形象化窗口。全自主中型足球机器人要完成踢球任务，需要一个可靠性、高运动性能的运动控制系统。本文对足球机器人运动控制系统作了较深入的研究并研制出基于双DSP构架的足球机器人运动控制系统。经过反复的实验和机器人之间的比赛实战，证明了该控制系统具有高可靠性、硬件电路简洁、高可控性等特点，完全可以满足中型组足球机器人的运动控制的要求。本文的主要工作如下：（1）首先介绍了足球机器人比赛的起源和发展、比赛的意义、国内外在足球机器人内部体系结构及其各个子系统：视觉系统、决策系统、通信系统、运动控制系统的工作原理。（2）分析了足球机器人运动控制系统的功能要求，指定了总体设计方案，并阐述了运动控制系统的硬件设计过程。硬件设计分为处理器单元、电机驱动单元、轮速反馈单元、串行通信单元、控制单元和电源单元等五个单元。（3）介绍了全自主足球机器人运动控制系统的软件开发环境以及软件设计流程。根据足球机器人运动控制系统的功能要求进行软件设计，详细阐述了运动控制系统的控制流程，包括：指令帧数据的结构定义，主循环接收、鉴别和执行指令帧数据的过程和方法，定时中断子程序执行指令的过程和操作分类，以及异常情况的预防和处理，给出控制系统的一些实验数据及其实验结构分析。论文最后进行了最后的总结，说明研究的创新点和研究成果，也对课题研究不足和改进之处提出了展望。关键词：RoboCup中型组；足球机器人；双DSP架构；运动控制系；TMS320F2812ABSTRACTIIAbstractItisahighlightedonthestudyofMiddleSizeRobotLeagueinrobotsoccergametoday.Soccerrobotrelatestomanyfieldssuchasrobotics,computer,datacommunication,imageprocessing,sensorandartificialintelligenceetc.Robotsoccergameistournamentcombinedknowledgewithamusement,anditisavisualwindowtoshowhighscienceandtechnologyachievements,MiddleSizerobotLeaguerepresentsthetoptechnologicallevelinthefieldRoboCup.Itneedsarapidandreliablemotioncontrolsystemforsoccerrobottoplayfootballgame.Thispaperresearchesonanddevelopsthemotioncontrolsystemofautonomoussoccerrobot,andincludesfourpartsasfollows.First,thepaperintroducestheclassificationandresearchsignificanceaboutSoccerrobot,andintroducesthebackgroundandcontentofMiddleSizeRobotLeagueandthestructureofMiddleSizeRobotLeague.Second,anoveralldesignschemeismadebyanalyzingthefunctionrequirementsofthemotioncontrolsystem,andtheprocessofbothhardwaredesignsisdiscussedindetail.Hardwaredesignincludessixunits:Processor,MotorDrivingSpeedFeedback.SerialportTelecommunication,KickerControl,andPower.Third,thepaperintroducesthedevelopmentenvironmentandthesoftwareFlowofmotioncontrolsystem.Methodofmodularizationisappliedinsoftwareprogrammingandtherearethreemodules:Initialization,Mainprogram,Sub-program.Controlsystemflowwhichincludes:commanddataframedefinition,receiving,decodingandexecutionbymaincontrolloop,thesortingandexecutionprocessoftimerinterruptsub-function,thepreventionandhandlingofabnormalconditionetc.Finally,theachievementsofthisthesisaresummarizedandthefutureworkofimprovementisprospected.Keywords:RoboCupMiddle-sizeleague；soccerrobot；DSPsStructuremotioncontrolsystem；TMS320F2812目录III目录摘要.............................................................................................................IAbstract......................................................................................................II1绪论.....................................................................................................11.1引言..................................................................................................................11.2机器人足球比赛系统的研究意义..................................................................11.3机器人足球比赛系统国内外研究状况.........................................................21.4本文的主要研究内容与章节安排..................................................................32中型足球机器人足球比赛系统简介..................................................52.1引言.................................................................................................................52.2系统的组成和工作原理.................................................................................52.2.1视觉子系统...........................................................................................72.3决策子系统......................................................................................................92.4运动控制系统..................................................................................................92.5本章小节........................................................................................................103中型足球机器人运动控制系统的硬件设计......................................113.1引言...............................................................................................................113.2运动控制系统的设计要求............................................................................113.3运动控制系统的体系结构设计....................................................................113.4足球机器人控制系统的硬件设计...............................................................123.4.1处理器单元........................................................................................123.4.2通信单元............................................................................................163.4.3电机驱动单元....................................................................................183.4.4轮速检测单元....................................................................................213.5本章小结........................................................................................................224中型足球机器人运动控制系统的软件设计....................................234.1引言...............................................................................................................234.2软件开发环境..........................................................................