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基于FPGA控制器的移动机器人 摘要: 随着应用程序在机器人和自动化上面的应用越来越广泛，开放能够在原始系统上进行修改、更新和增强的应用程序变得越来越需要。该项目提出了一种快速原型的移动机器人概念，能够根据增长的复杂性运行不同的控制指令，并且计算提出面向嵌入式系统的实现。这种控制器可以在不同的平台上面进行测试代表着这个移动机器人使用的是大规模可编程逻辑组件（FPGA）。 这个移动机器人能够检测障碍,还能够控制速度。不同的模块有执行器，传感器和无线传输模块。所以的这些模块将使用FPGA控制器接口。我想构建一个简单的机器人机械模型,它可以借助传感器测量距离障碍,并且能够控制电机的速度。 我想构建一个简单的机器人机械模型,它可以借助传感器测量距离障碍,并且能够控制电机的速度。 关键词:可编程门阵列(FPGA),移动机器人,L293D驱动器,GP2D12测距传感器。 1 简介 可重新配置的可编程门阵列（FPGA）的出现催生了一个新的完整的移动机器人控制系统平台。使用FPGA设备，可以定制适应应用需求的设计（例如，具有探索和导航功能的机器人）。当任务不太复杂时，通用计算机可以提供可接受的性能。如果环境是动态的或半动态，一个单处理器系统不能保证实时响应(特别是在缺乏相当大的附加硬件)。本文只着重于研究具有两个安装在同一轴的驱动轮和一个自由的前轮的移动机器人平台。一个基于FPGA的机器人系统可以设计来处理并行任务。一个基于FPGA的机器人在以下领域比使用单一的通用处理器/以计算机为基础的机器人有所提高: 增强型I / O通道。人们可以直接在FPGA设备上向计算机元素映射逻辑设计。 相比于台式机/笔记本电脑具有更低的功耗。 支持非冯·诺伊曼计算模型的逻辑设计。 支持简单的验证逻辑设计模块的正确性。 轮式移动的机器人（WMRS）在坚硬、光滑的表面比腿或训练的机器人更节能，由于现有的工业环境中的地板是什么的坚硬和光滑，Bekker60将可能是第一个被发现广泛的应用在工业中的移动机器人。WMRs只需要很少、很简单的部件,因此比腿或训练的移动机器人更加容易构建。轮控制比多关节驱动的腿控制简单,并且轮子对表面造成的损伤相比踏板要小很多。 移动机器人一下部件构成的: 力学(底盘、住房、车轮) 机电部件 传感器 机器人需要执行许多不同的任务。在这些任务中机器人移动和定位。在导航过程中，它使用环境信号和自身内存中的内容做出正确的决策。这种形式的导航根据给定的任务和问题的不同可能是多种多样的。通常目标是可以被感知到的,在机器人和目标之间是没有障碍的，但有很多时候这不是这种情况, 那么这个标记点必须感知到和然后知道路线。为了让机器人能够做到这一点,它必须包含两个主要部分: 驱动、动作 控制、方向。 2 轮式移动机器人 移动机器人是仅仅通过安装在机器人上的驱动车轮组在地面上移动和接触地面的机器人。一个轮组是一个提供或允许相对运动之间挂载的设备，能够在地面上有一个单点滚动接触。 最简单的情况下的移动机器人是轮式机器人，如图1。轮式机器人包括一个或多个驱动轮（图中实心部分）和可选的被动或脚轮（空心部分）和转向轮（圈在圆内）。大多数设计中需要两个电机用于驱动（和转向）一个移动机器人。在设计上也同样如此。它需要两个电机，一个用于驱动图1的左手侧的一个单一从动轮，另外一个用于转向。这种设计的优点是，通过使用两个不同的电机使驱动和转动的动作被完全分离。在图1的中间的机器人被称为“差分驱动器”，是最常用的移动机器人设计之一。两个驱动轮的结合可以让机器人直线行走、曲线行走或者原地转圈。最后，在图1的右手侧的是所谓的“阿克曼转向”，是后轮驱动的乘用车的标准的驱动和转向系统。我们通过一个差分盒使用一台电机驱动两后轮，使用一台电机来控制两个前轮的组合转向。 图1：轮式机器人 3移动机器人的硬件描述 移动机器人的构架 在移动机器人平台的提议下，FPGA控制器的使用，尤其是在控制软件高速发展的现在，应用程序被认为应该使用结构化设计、模拟，使用SIMULINK来进行验证。我们使用FPGA硬件来改变函数模型的原型。 图2：移动机器人方块图 图2给出了系统设计的总体流程。这个系统包括了硬件和软件的开发。ADC的输出被连接到FPGA电路板，它被用来作为输入的源代码。在本系统中使用的汇编语言是Verilog硬件描述语言。经过仿真和合成过程之后，这个程序在FPGA板上执行。 图3：移动机器人平台和元素 图3给出了移动机器人平台和其元素。 L293D与FPGA对电机控制的接口 FPGA将会处理PWM程序，将输出给L293D的使能管脚，那个能够激活L293四倍高电流的于目前的一半H-驱动器芯片（L293数据表），然后控制电机的转速。表1给出了真值表来获得L293来执行不同的运动操作,如“前进”等。 图4：