基于DSP仿人機器人關(guān)節(jié)控制器設(shè)計
仿人機器人具有可移動性,具有很多的自由度,包括雙臂、頸部、腰部、雙腿等,可以完成更復(fù)雜的任務(wù),這些關(guān)節(jié)要連接在一起,進行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)控制,就對控制系統(tǒng)的可靠性、實時性提出了更高的要求,以往采用的集中控制系統(tǒng),控制功能高度集中。局部的故障就可能造成系統(tǒng)的整體失效,降低了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,因此考慮采用分布式的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。
考慮到機械臂控制系統(tǒng)控制算法的計算量以及多軸協(xié)調(diào)控制等問題,采用基于RS 485總線的分布式控制的體系結(jié)構(gòu),見圖1所示。運動規(guī)劃算法由主計算機來實現(xiàn),同時主計算機還將通過RS 485總線與各關(guān)節(jié)控制器通信,負責(zé)各關(guān)節(jié)控制器的協(xié)調(diào)工作。每個關(guān)節(jié)控制器和一臺電機、驅(qū)動器、檢測反饋裝置等構(gòu)成一個位置伺服系統(tǒng),負責(zé)機械臂某一個關(guān)節(jié)變量的具體控制任務(wù)。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/163470.htm
1 仿人機器人分布式控制器的硬件設(shè)計
1.1 關(guān)節(jié)控制器硬件電路設(shè)計
該設(shè)計選用TI公司的2000系列DSPTMS320F240作為控制單元。其時鐘頻率可達20 MHz,具有高速的處理能力,片內(nèi)資源豐富,特別是它特有的內(nèi)置事件管理器模塊,使其在電機控制領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。該芯片本身尺寸很小,需要外擴的資源不多,節(jié)省了電路板的空間。關(guān)節(jié)控制器硬件電路原理圖框圖如圖2所示。
1.2 電機驅(qū)動器的接口電路
驅(qū)動器的控制模式可以分為兩種:速度控制模式和位置控制模式(通常用電位器作為電機的位置傳感器)。這里采用它的速度控制模式,輸入的指令信號是0~10 V的模擬量。因此需要用D/A轉(zhuǎn)換電路,把DSP輸出的數(shù)字量給定轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號,電路圖如圖3所示。DAC7621為12 b并行輸入的D/A轉(zhuǎn)換器,它內(nèi)置參考源,輸出范圍:0~4.095 V。它的12位輸入接DSP數(shù)據(jù)總線中的D0到D11。它的片選輸入管腳可以接DSP的I/O控制線/IS。為了得到0~10 V的模擬信號,還要利用LM358中的一片運算放大器構(gòu)成的同相比例放大電路,把0~4.095 V的信號放大2.5倍。
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