本課題的研討方針是以實驗室已有的有四個樞紐跟一個末尾執行器的采摘機器人為節制工具，研制四樞紐運動節制平臺，實現高精度節制，同時盡量降低控制器的本錢，以降低機器人的整體本錢，從而增進未來農業機器人的推廣跟使用。
農業機器人不只可以辦理勞動力的缺乏，借可以進步勞動生產率，改良農業出產情況，農業機器人的研討正在國內外遭到普遍正視。控制系統是機器人的焦點，決意機器人的機能跟功課后果。基于pc104工控機跟pmac2-104多軸運動控制卡的開放式節制平臺正在農業機器人控制系統中使用比力普遍，但價格昂貴。農業機器人的采辦工具為農戶，那便要求機器人的價格低廉。本課題的研討方針是以實驗室已有的有四個樞紐跟一個末尾執行器的采摘機器人為節制工具，研制四樞紐運動節制平臺，實現高精度節制，同時盡量降低控制器的本錢，以降低機器人的整體本錢，從而增進未來農業機器人的推廣跟使用。
農業機器人樞紐控制器的計劃取舍
控制精度下、響應速度快、價格低廉是農業機器人樞紐控制器三個最緊張的計劃目標。因為永磁同步電機存在布局簡略、靜態相應快、定位精確的特色。本研討采取安川公司的交換伺服電機作為履行機電。機器人控制系統須要實現的使命相稱年夜，對控制系統的硬、軟件皆提出了較下的要求，本課題所研討的控制系統采取上、下位機二級分布式布局。
應用pc機作為上位機，次要實現全部體系的經管、運動學計較和通訊使命;下位機控制器由4個自力的樞紐控制器構成，各樞紐控制器擔任本樞紐的運動節制跟反應旌旗燈號的處置懲罰，它們是并行事情的。
dsp（digitalsignalprocessor）芯片，如tms320x240x系列，外部集成了公用外設、存在硬件乘法器，采取哈佛布局，采取流水線操縱的指令系統，而且采取特別的dsp指令，從而存在快捷指令周期，高速運算跟停止大批數據處理的才能，可實現龐大控制算法。是以，本研討采取ti公司的tms320lf2407a芯片作為下位機的處理器，用來實現clarke變更、park變更、park逆變換、pid節制等功用。
該控制系統中采取三閉環地位伺服節制計劃，以保障控制系統的地位精度。系統控制框圖如圖1所示。
圖1系統控制框圖
本研討中采取直軸電樞電流為整的控制策略［7］即pmsm定子電樞電流正在節制進程中一直即是0，定子電流中只有交軸份量，且定子磁動勢空間矢量與轉子永磁體磁場空間矢量正交，電動機轉矩中只有永磁轉矩份量，電磁轉矩與交軸電樞電流幅值成正比，節制轉矩的巨細實際上便落實到節制定子電流幅值的巨細。本課題采取的交換伺服電機是概況凸極式pmsm，采取直軸電樞電流為整的控制策略時，單元定子電流可取得最大的轉矩，銅耗降低，服從有所提高。
機器人樞紐控制器硬件結構設計
因為本課題采取矢量節制方式去節制伺服電機，每一個機電須要6個pwm旌旗燈號去節制智能功率模塊ipm中igbt的通斷，而每片dsp芯片只含有兩個事宜管理器，最多只能節制兩個伺服電機。本課題建造了2塊基于dsp的運動控制板，以節制四個交換伺服電機。圖2為樞紐控制器硬件布局示意圖。
圖2樞紐控制器硬件布局示意圖
機器人樞紐控制系統正在硬件上分為兩部門：基于dsp控制器的控制電路跟基于ipm的伺服電機驅動電路。
樞紐控制器控制電路包羅三大部分：tms320lf2407a最小體系部門、體系擴展部門跟接口電路部門。此中最小體系部門包羅電源電路、時鐘電路、復位電路;體系擴展部門包羅存儲器擴展電路、總線擴展、顯現電路;接口電路部門包羅rs232接口電路、jtag仿真接口。
功率驅動電路板次要實現pwm逆變器功用，實現機電相電流的檢測跟地位檢測。功率驅動電路次要有電源部門、逆變部門、斷絕部門跟電流收羅部門。本研討中取舍三菱公司的智能功率模塊pm15csj060作為逆變模塊，利用m57140模塊為其供給4路15v的電壓，采取hcpl4504作為光耦斷絕器件，停止了電源電路，斷絕電路跟電流收羅電路的計劃。
圖書館圖書分揀機器人機器人樞紐控制器軟件設計
機器人樞紐控制系統軟件包羅基于pc機的上位機控制器軟件跟基于dsp控制板的下位機控制軟件兩部門。
上位機順序
上位機軟件正在microsoftvisualc++情況下開辟，次要包羅4部門：人機交互界面的計劃、體系主程序、運動節制函數庫跟通信接口函數。上位機主順序事情正在pc機上，用來實現全部體系的經管、節制事情。運動節制函數庫是正在實驗室其他成員研討的運動學模子及求解論斷的根底上，編寫了相關的運動學運算函數。通信接口程序實現上位pc機與dsp控制板之間的通信，把上位機的運算成果傳遞到下位機，本課題采取的是api函數編程方法。
下位機順序
下位機控制器軟件部門的計劃是基于dsp的樞紐控制板，正在開辟情況下編寫。下位機控制器軟件次要包羅3部門：初始化模塊、主程序模塊、中止模塊。
主程序部門擔任全部樞紐控制器的經管，計劃成輪回守候方法，正在初始化跟樞紐復位事情實現后，便守候各中止旌旗燈號，若是有中止發生，則挪用相關的中止順序。
藥房智能藥品分揀機器人中止模塊：本課題利用了4個中止，功率護衛中止、cap3中止、定時器1下溢中止跟串口通訊中止。此中，定時器1下溢中止子程序正在定時器1計數溢出時被相應，用來挪用控制算法，履行體系的矢量控制程序，每一個載波周期實現一次。
試驗
智能分揀機器人商業模式為了測試本課題研討的農業機器人樞紐控制器的機能，對所研制的控制系統停止了實驗。
實驗用的4個交換伺服電機的型號為sgmah02a、sgmah01a、sgmaha5a。將上位pc機、dsp下位機運動控制板、功率驅動板跟伺服電機按計劃要求毗鄰好，接通電源，啟動pc機，進入用vc++計劃的人機交互界面。單個機電的運動實驗情況如圖3所示。
圖3單個機電運動實驗情況
實驗中設定各樞紐機電須要運轉的圈數、速率跟運行標的目的，點擊“啟動”鍵，機電開始運轉。實驗進程中離別對各個樞紐機電停止了調試，實驗結果表明本課題所研制的樞紐控制器能實現機電的正、反轉跟速率調節。正在機電長時間運轉時，dsp節制電路板跟基于ipm的功率驅動板形態優越。
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