题目：机器人模块化控制器功能构件的研究

随着机器人的应用领域和范围的扩大以及机器人智能化、自动化程度的提高，机器人系统对机器人控制器的要求在不断提升。然而，当前的机器人控制器都是根据特定的应用范围来开发的，种类繁多，模块化程度低，缺少统一的标准体系，在设计的过程中存在大量的低水平重复。这些问题已经制约了机器人技术的发展，在机器人领域内需要一个功能强大、通用性好、灵活性强、便于裁减和集成的嵌入式机器人控制器。本文以国家863重点项目“机器人模块化体系结构设计”为依托，设计了一种嵌入式机器人模块化控制器功能构件。首先，本文从基于功能构件的机器人模块化体系结构出发，分析了机器人控制器功能构件的特点和机器人系统对控制器的需求，提出了以ARM（Advanced RISC Machine）微处理器PXA270芯片为主处理器、以单片机和CPLD（Complex Programmable Logic Device）为协处理器的机器人模块化控制器功能构件的总体方案。在此方案中，PXA270微处理器运行嵌入式Linux操作系统和机器人中间件，负责任务调度和决策规划等，是系统控制核心。单片机协处理器扩展A/D和键盘扫描等功能，CPLD协处理器扩展I/O和PWM信号输出等功能。同时，主处理器还提供SD卡、以太网、USB、CAN总线、RS422、RS232、D/A、以及视频和音频接口等功能。其次，根据上述方案，将系统划分成了CPU板、协处理器板、接插件板和按键板等几部分，并对这几部分分别进行了具体方案设计、电路设计和调试，之后完成了CPLD内部逻辑设计、单片机程序设计以及基于嵌入式Linux操作系统的驱动程序设计和语音识别、视频采集等应用程序设计，研制出了机器人模块化控制器功能构件的实验样机。然后，将设计完成的机器人控制器实验样机在一款教育机器人上进行实验验证，对系统的功能进行了测试，结果表明本文设计的基于ARM、单片机和CPLD的机器人模块化控制器功能构件工作正常、性能稳定，提供的功能丰富实用，可以满足教育机器人控制系统的要求。最后，对本研究工作做出了总结和展望。总结了本研究工作取得的成果，并指出了研究中的不足之处，提出了下一步工作的着重点。