基于MSP430的机器人舵机控制___软硬件设计与开发_开题报告

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1、北京石油化工学院本科毕业设计（论文）开题报告题目名称：基于MSP430的机器人舵机控制软硬件设计与开发题目性质：设计型学生姓名：专业：测控技术与仪器学院：信息工程学院年级：2010级指导教师：2014年3月7_S一、选题背景、研究意义及文献综述1、选题背景机器人舵机的概念起源于对”舵模航机”的改进。长期在各种教育娱乐机器人上大量使用的“舵模航机”可以实现位置伺服的功能；由于它具有高度集成、标准统一、控制简单、价格较低等特点，因此广泛使用在各类教育娱乐机器人上。但是，“航模舵机”毕竟是用于航模的产品，用作机器人关节伺服单元，冇控制精

2、度不高、无法整周旋转、没有反馈信息、响应较慢、线缆杂乱等明显的不足。舵机控制系统是机器人中重要的组成部分，它的性能好坏直接决定着机器人的实吋操舵性能。因此，舵机控制系统也随着机器人的不断发展，取得了长足的进步。对于舵机运动控制器来讲，主要任务就是通过总线接收嵌入式计算机的控制指令，根据操舵指令控制舵机的正反转，实现位置控制。舵机，顾名思义，大海航行靠舵手，舵机早期是应用在航模中控制方向的,在航空模型中，飞行器的飞行姿态是通过调整发动机和各个控制多面來实现的,后来有人发现这种机器的体积小、重量轻、扭矩大、精度高，由于具备了这样的优点

3、，很适合应用在机器人身上作为机器人的驱动。2、研究意义机器人是自动执行工作的机器装置。在机器人系统中，采用PWM波信号控制的舵机是重要的执行机构,它是机器人控制动作的动力来源。为便丁•系统扩展和升级,在飞控系统中往往采用分布式策略，将舵机的控制部分作为一个独立单元进行设计,称为舵机控制系统。传统产生PW波的方法是通过大量的分立原件来实现的，所产生的脉冲频率和宽度往往不是很准确，很难做到对舵机的精确控制。另外，利用CPLD或FPGA产生PWM波已在很多场合得到应用，依靠CPLD或FPGA特有的并行处理能力和大量的I/O接口，可以同时

4、控制几十甚至上百个舵机同时工作，但CPLI）或FPGA生成PWM波时，并不具备事务处理能力，实际应用中还需要MCU配合工作,加之成本高,开发设备昂贵，极大的限制了它的应用范围。由于单片机具有性能稳定、编程灵活、精度高、价格低廉等特点，用它产生PWM波在实际中得到了广泛应用。的利用MSP430单片机利用自带的定时器产生PWM波的方法,成本低，性能稳定,并成功应用于实践。3、文献综述最早出现于商代的船尾舵是屮国古代在造船和航行技术方面的一项重大发明，其前身为船尾舵桨，在商朝己经使用，用来控制船只的航行方向。出土丁长沙、广州和湖北江陵的

5、汉代船只模型都冇一个共同点，就是船尾都设冇桨手,用来控制和操纵船的航行方向，这种设丁•尾部的桨通常称为操纵桨，桨柄增长就成为艄（桨舵合一），用以控制船的航向。操纵桨在长期应用屮增加了桨叶的而积，便于控制船的方向，然后逐渐产生了真止的舵。船尾舵的出现，在船舶发展史上是一件冇重大意义的事件，舵结合风帆和指南针就成为确保船只安全航行的三大条件。我国宋代以后出现的性能优良的平衡舵，它把一部分舵面积分布在舵柱的前方，因而缩短了舵压中心与舵轴的距离,减少转舵力矩，使操纵更加轻便。同时，还把舵而做成扁阔的形状，以增大舵而而积，捉高舵的作用能力。

6、类似的平衡舵，欧洲直到18世纪末、19世纪初才采用。采用平衡舵，至今仍是船舶设计中降低转舵力矩的一个最普遍和最冇效的措施。早期的舵机是人力直接操纵或人力驱动增力装置操纵的，船体较大或航行远洋时，如果遇到暴风雨，就会出现操舵困难甚至有船毁人亡的危险。十八世纪瓦特发明蒸汽机后，船舶由帆船时代进入动力船舶时代，船舶越造越大，这对舵机提出了大功率和操舵位置由船昵向船桥移动而产生远距离操纵的要求，出现了蒸汽式舵机和机械式远距离操舵装置，这种舵机-•直应用到二战前后。电气的发明为舵机带来了新的突破，出现了电动舵机和电动液压舵机。其屮电动液压舵

7、机具有功率大，结构简单，易于控制等优点，目前几乎全部动力船都采用这种操舵方式。远距离操舵装置也由机械式向易于操作的电了+液压式发展。现代舵机主要有全屯舵机、电动液压舵机两种。全电舵机受功率的限制主要应用在小型渔船和游船上，而在大型舰船上均采用电动液压舵机。电动液压舵机按照转舵机构可分为双柱塞缸拉普逊滑块式、四柱塞缸滚轮式、摆缸式和转叶式等四种舵机形式。在船用机械中舵机液压化的历史是比较悠久的，日木川崎重工［1］从1942年开始生产电动液压舵机，目前已能制造和出售从印总吨小型渔船用到600000载重吨油船用的各种型号的舵机.在此期间

8、进行了从低于加kgf/cm得，2kgf/cm'的高压化、油船为中心的大型船（VLCC与ULCC级）吊杆的大型化和小型舵机遥控装置的研制工作•最近又研制了与强化舵机规范相应的新系统舵机和以船舶节能为目的的连续控制舵机•舵机在机器人的应用上也取得了非常