基于多操作系统通用型主手控制器的研究

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随着遥操作机器人应用领域的不断扩大,从手结构趋于多样化,因此对能够控制多种从手的通用型主手的研究成为该领域的热点。本论文以山东科技大学机器人研究中心承担的国家863计划项目“配电作业带电作业机器人”为背景,研制了一套通用型主手控制器,它与主手本体集成为主手控制系统,可以在不同的系统下控制不同的从手运动。 通过对主手控制器进行分析,确定了设计方案,选用内嵌微处理器的USB设备芯片加逻辑控制芯片进行硬件电路设计,介绍了USB接口电路和数模转换电路的作用与实现。经过分析USB通信原理,主手控制器软件驱动程序包括设备固件、设备驱动程序和USB系统软件三部分。 通过分析主手控制器固件架构,设备固件采用EZ_USB软件开发包,完成了主程序、USB设备芯片和外围芯片的初始化、主手各关节信号和控制信号的采集、从手力反馈信号的数模转换等模块的设计,实现了主手控制器的功能,并且它的实现与操作系统无关。 设备驱动程序的开发与操作系统如何管理设备及提供给用户的方法和接口有关。本论文开发了在Windows、Linux和DOS三种操作系统的主手控制器的驱动软件。 在Windows下采用WDM驱动程序框架,实现了中断传输需要的主要处理函数:在Linux下通过分析USB子系统,开发了设备驱动程序需要的数据结构、主手控制器初始化函数、断开函数和文件处理函数,使主手控制器可以作为设备文件被访问;DOS操作系统没有实现对USB接口的有效支持,本论文重点研究了基于DOS的USB系统软件的层次设计和算法实现,完成了主机控制器驱动程序(HCD)和USB驱动程序(USBD)的设计,使DOS操作系统对USB协议栈实现可靠的支持,并针对DOS操作系统下设备驱动的独特性,设计了主手控制器的设备驱动程序。
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