基于DSP仿人機器人樞紐控制器計劃
0引言仿人機器人存在可移動性，存在良多的自由度，包羅雙臂、頸部、腰部、雙腿等，可以實現(xiàn)更龐大的使命，這些樞紐要毗鄰正在一路，停止同一的協(xié)調(diào)控制，便對控制系統(tǒng)的可靠性、實時性提出了更下的要求，以往采取的集合控制系統(tǒng)，節(jié)制功用高度集中。部分的毛病便能夠形成體系的整體失效，降低了體系的可靠性跟穩(wěn)定性，是以思量采取分布式的控制系統(tǒng)去實現(xiàn)體系的節(jié)制功用。思量到機器臂控制系統(tǒng)控制算法的計較量和多軸協(xié)調(diào)控制等問題，采取基于RS485總線的分布式節(jié)制的體系結構，見圖1所示。運動計劃算法由主計算機去實現(xiàn)，同時主計算機借將經(jīng)由過程RS485總線與各樞紐控制器通訊，擔任各樞紐控制器的調(diào)和事情。每一個樞紐控制器跟一臺機電、驅(qū)動器、檢測反應安裝等組成一個地位伺服系統(tǒng)，擔任機器臂某一個樞紐變量的詳細節(jié)制使命。
1仿人機器人分布式控制器的硬件計劃1．1樞紐控制器硬件電路設計該計劃選用TI公司的2000系列DSPTMS320F240作為節(jié)制單位。其時鐘頻次可達20MHz，存在高速的處置懲罰才能，片內(nèi)資源豐碩，特殊是它特有的內(nèi)置事宜管理器模塊，使其正在機電節(jié)制范疇存在十分普遍的使用。該芯片本身尺寸很小，須要外擴的資源沒有多，節(jié)儉了電路板的空間。樞紐控制器硬件電路原理圖框圖如圖2所示。
1．2機電驅(qū)動器的接口電路驅(qū)動器的節(jié)制形式可以分為兩種：速率節(jié)制形式跟地位節(jié)制形式(平常用電位器作為機電的地位傳感器)。這里采取它的速率節(jié)制形式，輸入的指令旌旗燈號是0～10V的模擬量。是以須要用D／A轉(zhuǎn)換電路，把DSP輸出的數(shù)字量給定變化為模擬信號，電路圖如圖3所示。DAC7621為12b并行輸入的D／A轉(zhuǎn)換器，它內(nèi)置參考源，輸出規(guī)模：0～4．095V。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。為了失掉0～10V的模擬信號，還要應用LM358中的一片運算放大器組成的同相比例縮小電路，把0～4．095V的旌旗燈號縮小2．5倍。
申通快遞分揀機器人的優(yōu)勢若是驅(qū)動跟控制器沒有停止斷絕，尖峰將毀壞控制器電路中的器件，例如RAM。是以，計劃了基于線形光耦HCNR201的斷絕電路，如圖4所示。線形光耦HCNR201只能起到斷絕電流的關聯(lián)，且輸入電流跟輸出電流呈線性關系。U6B是圖3芯片LM358中的此外一片運算放大器，它將輸入0～10V電壓轉(zhuǎn)換成20mA之內(nèi)的電流旌旗燈號，輸入線形光耦HC－NR201。HCNR201輸出電流再顛末一個由單電源軌到軌運放AD8519組成的電壓追隨器轉(zhuǎn)換成0～10V電壓旌旗燈號，作為驅(qū)動器的模擬信號輸入。明顯，HCNR201兩側(cè)電路應采取分歧的電源跟天。LM358中的兩片運算放大器采取控制器輸入的12V電源供電，而AD8519則采取驅(qū)動器輸入端供給的10V電壓供電。1．3增量式編碼器信號處理電路增量式編碼器信號處理電路如圖5所示。J8是MR編碼器的旌旗燈號輸入接口，采取AM26C32把MR編碼器輸出三個通道的RS422差分旌旗燈號轉(zhuǎn)換成TTL電平，失掉A，B，Z三路旌旗燈號。
1．4RS485總線通訊電路RS485總線是一種通訊總線，TMS320F240DSP芯片本身沒有具有RS485總線接口，采取兩個485通訊芯片MAX485可以的把TMS320F240的串口RXD跟TXD的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平，TMS320F240DSP的RXD跟TXD引腳離別毗鄰到第一片485通訊芯片RO跟第2片485通訊芯片DI的引腳。TMS320F240DSP的SPISIMO跟SPISOMI毗鄰到MAX485的使能引腳RE，用于節(jié)制TMS320F240DSP芯片的數(shù)據(jù)發(fā)送口掛接到總線上或跟總線離散，電路如圖6所示。
分揀機器人聯(lián)系方式2仿人機器人控制器的軟件設計2．1樞紐控制器主程序主程序的流程見圖7。
延邊四軸分揀機器人寄存器初始化操縱次要包羅：設置CPUCLK為內(nèi)部晶振的2倍頻，即16MHz；設置串口通訊波特率為：38．4Kb／s；設置定時器／計數(shù)器相關寄存器；設置QEP電路單位相關寄存器；設置中止節(jié)制寄存器等。2．2串口數(shù)據(jù)吸收中止服務程序串口數(shù)據(jù)吸收中止服務程序流程圖見圖8。正在中止服務程序中，讀取數(shù)據(jù)吸收寄存器中的數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)吸收區(qū)，而并沒有做任何進一步剖析跟處置懲罰。數(shù)據(jù)吸收區(qū)是內(nèi)存中臨時存放數(shù)據(jù)的區(qū)域，當存謙一條完全指令信息后，由主程序剖析跟處置懲罰。2．3節(jié)制周期按時中止效勞效勞程序控制周期2ms按時中止服務程序的流程見圖9。定時器／計數(shù)器為地位環(huán)跟速率環(huán)控制周期按時2ms，每2ms進入按時中止服務程序1次，讀取地位反應值跟速率反應值，停止積分離散PID運算，最初輸出給D／A轉(zhuǎn)換成模擬量。
每一個插補周期(50ms)，主計算機向樞紐控制器發(fā)送1次運動計劃后的方針地位。該方針地位是以增量編碼器旌旗燈號四倍頻后的脈沖數(shù)為單元，之前一次的方針地位作為脈沖計數(shù)的零點。是以，樞紐控制器正在讀取新的方針地位后，也該當之前一次的方針地位作為新的增量碼盤脈沖計數(shù)零點，丈量實際的機電地位，與新的方針地位比力、運算。主計算機依據(jù)須要可以查問以后機電運轉(zhuǎn)的實際地位，樞紐控制器前往的地位則是樞紐角的相對地位，單元是0．1°。
3結語仿人機器人機器臂分布式樞紐控制器研討與計劃，關于進步仿人機器人整體機能與人機交互才能，存在緊張科研代價與現(xiàn)實意義。機器臂分布式控制器的高度實時性、容錯性、可靠性、擴充性，為仿人機器人體系供給了進步前輩的網(wǎng)絡體系結構與通訊尺度，理論評釋使用前景極為廣漠。
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