具有非驱动关节机器人PCI总线控制卡的驱动程序开发
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摘要
具有非驱动关节机器人顾名思义，它不是所有关节都有驱动装置，也就是说，它有些关节是被动的，也称自由的。其特点是输入空间(即控制空间)维度小于构造空间维度，同时，自由关节的约束方程又是不可积的，具有非完全约束特性，这就增大了其在控制上的难度。这种机器人的优点是显而易见的，由于驱动的减少，使机器人的重量减轻了，成本也降低了，同时也就减少了能源的消耗，诸多优点使这种机器人很有研究价值，是近些年机器人研究领域的热点。
本文以该类机器人为研究对象，针对2关节自由度的非驱动机械臂应用PCI总线进行控制，本文主要完成控制电机的PCI电机控制卡的驱动程序编写，结合图表及源代码介绍PCI接口设计，Windows 2000 WDM驱动程序设计和源代码实现等主要内容。
本文着重对PCI9052桥接芯片实现PCI接口，WDM驱动程序构造方法，驱动程序I／O传输操作，驱动程序各例程的主要源代码实现等关键技术进行了详细阐述。
Underactuated manimulator is a kind of manipulator with one or more joint is underactuated which can be called passive joint or free joint. The major character is that the dimension of input space is less than dimension of output space. We can see that the constraint of the system is un-integrable.It is called nonholonomic constraint.All of these feature make the control prolem has a number of additional difficulties.But there are many merit of this kind of manipulator,for example, underactuated manipulator maybe useful in particular instances to reduce weight, cost or energy consumption, while still maintaining an adequate degree of dexterity. So It is benefit to research the method of control problem,and it becomes one of the major topics of the field of robotics recently.
In this paper, we mainly discuss the design and program driver on the two-joint underactuated manimulator and the design of PCI interface , design and program WDM driver on Windows 2000 and the total control application software of highlayer used by graph and source code .
This thesis emphasize on design PCI interface based on PCI 9052 chip , the constitution way of WDM driver , the I/O transfer operation of driver and the sourcecode of driver's routine .
本文以该类机器人为研究对象，针对2关节自由度的非驱动机械臂应用PCI总线进行控制，本文主要完成控制电机的PCI电机控制卡的驱动程序编写，结合图表及源代码介绍PCI接口设计，Windows 2000 WDM驱动程序设计和源代码实现等主要内容。
本文着重对PCI9052桥接芯片实现PCI接口，WDM驱动程序构造方法，驱动程序I／O传输操作，驱动程序各例程的主要源代码实现等关键技术进行了详细阐述。
Underactuated manimulator is a kind of manipulator with one or more joint is underactuated which can be called passive joint or free joint. The major character is that the dimension of input space is less than dimension of output space. We can see that the constraint of the system is un-integrable.It is called nonholonomic constraint.All of these feature make the control prolem has a number of additional difficulties.But there are many merit of this kind of manipulator,for example, underactuated manipulator maybe useful in particular instances to reduce weight, cost or energy consumption, while still maintaining an adequate degree of dexterity. So It is benefit to research the method of control problem,and it becomes one of the major topics of the field of robotics recently.
In this paper, we mainly discuss the design and program driver on the two-joint underactuated manimulator and the design of PCI interface , design and program WDM driver on Windows 2000 and the total control application software of highlayer used by graph and source code .
This thesis emphasize on design PCI interface based on PCI 9052 chip , the constitution way of WDM driver , the I/O transfer operation of driver and the sourcecode of driver's routine .
引文
[1] PCI 9052 Data Book．PLX公司，2001；
[2] 李贵山，戚德虎．PCI局部总线开发者指南．西安电子科技大学出版社；
[3] 李学勇、路长厚．基于PCI 9052的PCI设备配置方法．电子工程师，2003，29～33页；
[4] 周龙生、缪栋．PCI总线接口PCI9052及其应用．计算机自动测量与控制，2001，9～12页；
[5] 朱齐丹．具有非驱动关节的机器人控制研究，2002，3～6页
[6] 危文华．PCI接口芯片9052及其应用．电子技术应用，2002，8页；
[7] 沈小虎．采用PCI9052及GP2010实现GPS信号采集．单片机及嵌入式系统应用，8～12页；
[8] 武安河，邰铭，于洪涛．Windows 2000／XP WDM设备驱动程序开发．电子工业出版社．2003；
[9] 武安河，周利莉．Windows设备驱动程序(VxD与WDM)开发实务．电子工业出版社．2001；
[10] 张慧娟，周利华，翟鸿鸣．Windows环境下的设备驱动程序设计．西安电子科技大学出版社．2002；
[11] Art Baker，Jerry Lozano．Windows 2000设备驱动程序设计指南(施诺，等译)．机械工业出版社．2001；
[12] Chris Cant，Windows WDM设备驱动程序开发指南(孙义，马莉波，国学飞，等译)．机械工业出版社．2000：
[13] 何均，信号采集／处理PCI卡分析调试及驱动程序研究，电子科技大学硕士论文．，2003，23～29页；
[14] 袁亮．，PCI数据加密卡的NT式驱动程序研究和实现，电子科技大学硕士论文．，2002，12～24页；
[15] 徐三林．基于PCI总线的数据加密系统的研制和实现，电子科技大学硕士论文．2002，45～49页
[16] 曾富前．基于PCI总线实现HDLC协议的通信系统的设计与实现，电子科技大学硕士论文．2002，60～68页；
[17] 张建新．Windows 2000内核结构的分析及驱动程序的编制．计算机工程及应用，2002，Vol．10，No．10：121～123页；[18] 杜欣，马秦生．PCI传输卡的WDM驱动程序设计．计算机应用，Vol．1，No．12：22～24页；
[19] 李建，戴胜华．Windows 2000／XP下I／O设备驱动程序的设计．微计算机信息，2003，Vol．19，No．1：76～77页：
[20] 李平，张云麟．Windows 2000内核模式驱动程序设计．计算机应用研究，2003，Vol．1，No．10：122～124页：
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[22] 赵鸽，陈姚节，熊文龙．基于WDM设备驱动的虚拟仪器的研究与实现．武汉理工大学学报．2003，Vol．27，No．2：267～269页；
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[24] 张敏，王晓明．基于Windows 2000的开放式数控系统中WDM驱动程序的开发．组合机床与自动化加工技术，2002，Vol．20，No．11：53～55页；
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[26] 原晶，周真，马洪亮．数据采集系统中WDM设备驱动程序的开发．哈尔滨理工大学学报，2001，Vol．26，No．1：78～81页；
[27] 郑伟绩．用DriverStudio开发PCI设备驱动程序．软件天地，2002，Vol．1，No．9：13～14页；
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[30] 李建，戴胜华．Windows 2000／XP下I／O设备驱动程序的设计．微计算机信息，2003，Vol．19，No．1：76～77页；
[30] H. Arai, "Controllability of a 3-DOF manipulator with a passive joint under a nonholonomic constraint, "1996 IEEE Int. Conf.on Robotics and Automation, Minneapolis, MN, pp. 3707-3713, 1996;
[31] Raibert, M. H. and Chepponis, M. A. and Brown, Jr., H. B., "Experiments in Balance With a 3D One-Legged Hopping Machine", International journal of Robotics Research, vol. 3, pp 75-92, 1984;
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