模塊化機器人嵌入式多核主控制器設計
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5 實驗及結果分析
實驗系統包括基于FPGA的嵌入式多核主控制器、機器人關節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處理器只需要約10μs的時間。可以看出在相同系統時鐘下，協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量級。
表3列出了一個控制周期(多核主控制器采用路徑規劃算法控制機器人從空間中一點到下一點)內各階段的處理時間，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節約了大概3／4的時間。而且，用于CAN總線通信及數據采集的部分(獲取目標位姿與當前關節角、下發下一步關節角)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，重點討論了路徑規劃方法，分析了NiosII軟核體系結構；并對協處理器結構設計、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參數并傳遞給協處理器，該多核主控制器仍能可靠有效地工作。
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