模塊化機器人嵌入式多核主控制器設計

5 實驗及結果分析

實驗系統(tǒng)包括基于FPGA的嵌入式多核主控制器、機器人關節(jié)控制器以及單臂六自由度機器人等。運動學正解運算性能時間對比如表2所列。在保證控制準確、有效的前提下分別采用單Nios II軟核處理器與協(xié)處理器進行運動學正解運算。單Nios II軟核處理的耗時約為2900

μs，而多核主控制器的協(xié)處理器只需要約10μs的時間?？梢钥闯鲈谙嗤到y(tǒng)時鐘下，協(xié)處理器進行運動學正解比單Nios II軟核處理器的效率提升了兩個數(shù)量級。

表3列出了一個控制周期(多核主控制器采用路徑規(guī)劃算法控制機器人從空間中一點到下一點)內(nèi)各階段的處理時間，整個控制周期所需時間約為24．97 ms，比之前單獨采用Nios II軟核處理器控制的100ms節(jié)約了大概3／4的時間。而且，用于CAN總線通信及數(shù)據(jù)采集的部分(獲取目標位姿與當前關節(jié)角、下發(fā)下一步關節(jié)角)所占用的時間為整個周期的76％。由此可以看出，該設計能極大地提高系統(tǒng)處理能力，并能夠很好解決嵌入式控制器運算能力對模塊化機器人控制系統(tǒng)的約束問題。

6 結論

本文對基于FPGA的模塊化機器人嵌入式多核主控制器進行了研究，重點討論了路徑規(guī)劃方法，分析了NiosII軟核體系結構；并對協(xié)處理器結構設計、片上結構設計做了詳細介紹。最終實驗結果也表明了該設計的可行性以及控制的快速性。在更改機器人結構的時候，只需要分析連桿坐標系，獲得D-H參數(shù)并傳遞給協(xié)處理器，該多核主控制器仍能可靠有效地工作。