CN206946317U - 一种竞赛用的双核心搬运机器人的控制系统 - Google Patents
一种竞赛用的双核心搬运机器人的控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种竞赛用的双核心搬运机器人的控制系统，包括：用于感应比赛场地灰度的灰度传感器，用于驱动带动机器人行走轮转动的电机和机器人机械手动作的舵机的电机驱动模块，还包括：双核心控制模块，所述双核心控制模块包括：ARM处理器和FPGA处理器，所述ARM处理器与所述FPGA处理器通过FSMC总线连接，所述FPGA处理器分别与所述电机驱动模块、灰度传感器连接。利用ARM作为控制中心主要负责数据管理，路径规划，控制决策和与上位机通信等。FPGA则作为逻辑器件负责控制电机、传感器数据的实时采集，实时性处理，逻辑管理。两者分工合作，从而满足竞赛用的搬运机器人对移动精度和实时性的要求。
Description
技术领域
本发明涉及竞赛用的机器人控制技术领域，特别涉及一种竞赛用的双核心搬运机器人的控制系统。
背景技术
机器人技术是一个国家科技水平的重要标志和体现，它在社会生产的许多方面都得到了广泛的应用。近年来，随着计算机的广泛普及，机器人逐渐由工业生产走向了人们的生活，如此广泛的应用使得提高全体国民对机器人的理解显得尤为重要，普及机器人教育势在必行。为了普及机器人科学技术，培养学生创新能力，促进机器人技术的发展，国内外相继出现了一系列的机器人竞赛，机器人竞赛是一种高技术对抗活动，它涉及人工智能、智能控制、机器人、通信、传感器等多个领域的前沿研究和技术融合，集高技术、娱乐和比赛于一体，引起了社会的广泛关注和极大兴趣。机器人竞赛和机器人教育对高科技社会的巨大影响已经引起了美国、欧洲、日本等发达国家和亚洲各国的高度重视，也得到了我国教育界的极大关注，机器人赛事不断。目前，全球每年有一百多项机器人竞赛，参加人员从小学生、中学生到大学生。
目前的竞赛用的搬运机器人都采用单一核心控制器，控制形式单一，不能满足竞赛用的搬运机器人对移动精度和实时性的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种竞赛用搬运机器人的控制系统。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种竞赛用的双核心搬运机器人的控制系统，包括：用于感应比赛场地灰度的灰度传感器，用于驱动带动机器人行走轮转动的电机和机器人机械手动作的舵机的电机驱动模块，还包括：双核心控制模块，所述双核心控制模块包括：ARM处理器和FPGA处理器，所述ARM处理器与所述FPGA处理器通过FSMC总线连接，所述FPGA处理器分别与所述电机驱动模块、灰度传感器连接。
进一步，所述电机为两相四线步进电机。
进一步，所述电机驱动模块采用ZD-M42S步进电机控制器。
进一步，所述ARM处理器为STM32F407IGT6芯片。
进一步，所述FPGA处理为EP4CE10F17C8N芯片。
本发明的有益效果是：利用ARM作为控制中心主要负责数据管理，路径规划，控制决策和与上位机通信等。FPGA则作为逻辑器件负责控制电机、传感器数据的实时采集，实时性处理，逻辑管理。两者分工合作，从而满足竞赛用的搬运机器人对移动精度和实时性的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是控制系统的连接关系示意图；
图2是ARM和FPGA通讯的FSMC总线的硬件连接关系示意图；
图3是FSMC总线的写时序的示意图；
图4是FSMC总线的读时序的示意图；
图5是FPGA处理器与ZD-M42S步进电机控制器的连接关系示意图；
图6是JACT接口的连接示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1，参考图1，一种竞赛用的双核心搬运机器人的控制系统，包括：用于感应比赛场地灰度的灰度传感器，用于驱动带动机器人行走轮转动的电机和机器人机械手动作的舵机的电机驱动模块，还包括：双核心控制模块a1，所述双核心控制模块a1包括：ARM处理器和FPGA处理器，所述ARM处理器与所述FPGA处理器通过FSMC总线连接，所述FPGA处理器分别与所述电机驱动模块、灰度传感器连接。
所述双核心控制模块a1通过无线传输模块跟上位机无线连接，所述灰度传感器将地面上的灰度数据传输给FPGA处理器，所述FPGA处理器采集这些数据并将这些数据传送给ARM处理器，所述ARM处理器根据这些数据形成路径规划，并指挥FPGA处理器控制电机驱动模块，从而满足竞赛用的搬运机器人对移动精度和实时性的要求。
所述ARM处理器采用Coretex-M4内核的STM32F407IGT6芯片，其不但具有168MHz主频、FPU浮点单元、DSP指令集等高性能特性，而且具有多外设、多接口及多I/O特性。所述FPGA处理器采用Altera Cyclone系列第四代产品EP4CE10F17C8N芯片，该芯片具有功耗低、性能强、资源多、使用方便等优点。利用STM32F407IGT6芯片和EP4CE10F17C8N芯片组成双核心控制结构，所述STM32F407IGT6芯片与所述EP4CE10F17C8N芯片采用FSMC总线通信。FSMC总线的特点：
(1)支持不同位宽的异步读写操作。
(2)不同的BANK在映射地址空间中是独立的，可用于扩展不同的存储器。
(3)支持代码从FSMC扩展的外部存储器中直接运行。
利用上述特点可以FPGA和ARM很好通信起来，利用ARM作为控制中心主要负责数据管理，路径规划，控制决策和与上位机通信等。FPGA则作为逻辑器件负责控制电机、传感器数据的实时采集，实时性处理，逻辑管理。两者分工合作，从而满足竞赛用的搬运机器人对移动精度和实时性的要求。
参考图2，ARM和FPGA通讯的FSMC总线的硬件连接。
FSMC总线的几个主要信号：
1.CS0(片选信号)：低电平片选信号有效，高电平失能(默认状态高：失能)
2.NADV(地址有效信号)：上升沿锁存地址的低位
3.RDn(读信号)：低电平读信号有效，上升沿锁存数据，高电平失能
4.WRn(写信号)：低电平写信号有效，上升沿锁存数据，高电平失能。
5.FSMC_CLK：FSMC总线时钟信号。
6.A[24..16]:数据接口。
7.DB[15..0]:数据接口。
所述FSMC总线的写时序如图3所示，所述FSMC总线的读时序如图4所示。
所述灰度传感器的信号输出端与所述FPGA处理器的GPIO口连接，所述灰度传感器由白光LED和光敏电阻组成，通过白光LED照亮地面，地面的反射光线被光敏电阻接收，电阻值会根据反射光线强弱而发生变化。地面颜色越深，吸收光线的能力越强，则光敏电阻接受到的反射光线越弱，光敏电阻值越大，当光敏电阻的阻值大于一个阀值时，则灰度传感器的信号输出端输出高电平，反之则输出低电平。
结合图5，为了让移动机器人达到更精准的运动，所述电机采用的是两相四线步进电机，所述电机驱动模块采用ZD-M42S步进电机控制器，所述FPGA处理器的F14引脚与所述ZD-M42S步进电机控制器的方向控制接口DIR-连接，所述FPGA处理器的F11引脚与所述ZD-M42S步进电机控制器的前进脉冲接口CP-连接。利用FPGA处理器产生频率可以调的PWM驱动电机，频率可调、步进脉冲数可设的PWM连接到ZD-M42S步进电机控制器的输入端，可对电机进行梯形加减速控制和位移控制。
结合图6，所述双核心控制模块a1还设有JTAG(Joint Test Action Group；联合测试工作组)接口，所述接口与FPGA处理器相连，用于FPGA处理器芯片内部的测试，JTAG接口并接防静电芯片SRV05-4，所述防静电芯片SRV05-4是低电容、低漏电流的瞬态抑制二极管(TVS)阵列，SOT-26封装，5V的工作电压，可以保护JTAG接口与FPGA处理器的四根高速数据线。
所述双核心控制模块a1还设有时钟管理电路，所述时钟管理电路包括25M和24M两个独立的有源晶振时钟，和一个32.768K的无源晶振时钟。其中25M有源晶振时钟供给FPGA处理器，还可以对外输出25M时钟；24M有源时钟分别供给FPGA处理器和ARM处理器，同时还可以对外输出24M时钟，另外，还经过二分频得到12M时钟；所述32.768K无源晶振时钟则为系统的其他外设提供实时时钟，所述其他外设比如说是RTC、85163时钟芯片等等。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (5)
1.一种竞赛用的双核心搬运机器人的控制系统，包括：用于感应比赛场地灰度的灰度传感器，用于驱动带动机器人行走轮转动的电机和机器人机械手动作的舵机的电机驱动模块，其特征在于，还包括：双核心控制模块，所述双核心控制模块包括：ARM处理器和FPGA处理器，所述ARM处理器与所述FPGA处理器通过FSMC总线连接，所述FPGA处理器分别与所述电机驱动模块、灰度传感器连接。
2.根据权利要求1所述的一种竞赛用的双核心搬运机器人的控制系统，其特征在于：所述电机为两相四线步进电机。
3.根据权利要求2所述的一种竞赛用的双核心搬运机器人的控制系统，其特征在于：所述电机驱动模块采用ZD-M42S步进电机控制器。
4.根据权利要求1所述一种竞赛用的双核心搬运机器人的控制系统，其特征在于：所述ARM处理器为STM32F407IGT6芯片。
5.根据权利要求1所述一种竞赛用的双核心搬运机器人的控制系统，其特征在于：所述FPGA处理为EP4CE10F17C8N芯片。
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| CN201720935938.1U CN206946317U (zh) | 2017-07-28 | 2017-07-28 | 一种竞赛用的双核心搬运机器人的控制系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109596088A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-04-09 | 江苏联能电子技术有限公司 | 动静态程控应变测试系统 |
| CN110533991A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-12-03 | 南京蓝宙科技有限公司 | 一种基于双核mcu的图形化编程教育机器人 |
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2017
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