基于Xilinx ZYNQ的移动机器人控制器设计

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现有的机器人控制器通常是为了解决某一特定问题,满足某种特定应用场景而生。控制器的机械部件、硬件结构通常需要专门的设计,甚至所用的处理芯片也需要专门定制。控制器的开发周期较长,于此同时,开发出来的控制器系统通常是封闭的,软硬件的复用率较为低下,留给二次开发的空间较小,这样的移动机器人控制器难以满足追求快速迭代、削减非核心部分成本、专注与功能和算法实现的需求。本文借鉴机器人分级范式的思想,把移动机器人控制器划分为驱动传感层、实时控制层和交互层。在调研现有移动机器人控制器特点的基础上,提出了一种新型的控制器方案。该方案针对移动机器人控制的特点,选用集成了多核ARM CPU和FPGA的Xilinx ZYNQ全可编程SOC作为硬件平台。在该平台上,应用软硬件协同设计的思想,完成了如下工作:在FPGA上集成面向驱动传感的硬件IP核;在不同CPU上部署面向实时控制的裸机软件和面向交互的Linux软件。此控制器方案适合于移动机器人需要携带大量传感器,又对实时性有较高要求的应用场景。将其应用于一款轮式移动机器人,实验证明,该移动机控制器能稳定工作,具有良好的实时性。
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