輪式自動機器人控制系統(tǒng)

　　傳感器采集模塊

　　傳感器采集模塊主要采集各種傳感器的信息并做初步的處理，采集過程由CPLD控制。此模塊在整個系統(tǒng)中十分重要，因為它直接關系到機器人定位的精度。傳感器采集模塊的組成結構如圖2所示。

　　傳感器采集模塊以CPLD為核心，可以采集多路模擬量、2路編碼器脈沖和16路開關量輸入。采集模塊中各傳感器的采集可以并行工作，由于采用了總線的結構和CPLD的可編程特性，采集模塊可以很方便地根據(jù)具體應用進行裁剪和擴展。各采集模塊采集到的信息經(jīng)過簡單的處理后存儲在CPLD的內(nèi)部寄存器中。LPC2478通過SPI來訪問寄存器的內(nèi)容。由于只需要完成通信功能，為了簡化設計，僅對時鐘極性CPOL為0，且時鐘相位CPHA為1時的CPLD從機SPI通信模塊進行了設計。

　　陀螺儀為角速度傳感器，安裝在機器人的對稱軸上，用來感應機器人的角速度。陀螺儀輸出的模擬信號由16位并行AD芯片MAX1179轉換成數(shù)字信號，A/D的采集過程由CPLD控制。使用陀螺儀的主要問題是零位電壓漂移問題，CPLD對陀螺儀高速多次采集進行均值濾波以減小這一誤差。

　　機器人的位移傳感器采用增量式光電編碼器。編碼器安裝在與主動輪同軸的從動輪上，與從動輪同步轉動。使用CPLD對編碼器輸出脈沖計數(shù)，根據(jù)脈沖個數(shù)來計算機器人位移。

　　運動控制模塊

　　在陀螺儀精密傳感器的導航下，機器人走行電機的速度控制同樣要求十分精確。運動控制模塊用來精確控制兩個走行電機的速度，運動控制模塊由運動控制器、直流無刷電機和編碼器三個部分組成。主控模塊LPC2478通過PWM信號的占空比來控制電機速度，在編碼器信號和電機電流的反饋下，運動控制器內(nèi)部集成的DSP在速度環(huán)、電流環(huán)和位置環(huán)三層閉環(huán)精確控制走行電機。

　　執(zhí)行動作控制模塊

　　執(zhí)行動作控制模塊控制機器人執(zhí)行動作，本文設計的機器人主要動作有升降、手臂旋轉和抓取還有后部叉取。這些動作主要由舵機和直流電機控制，舵機和直流電機的控制信號都使用PWM信號。執(zhí)行動作控制模塊除了完成電機的驅動，還需要電位器、光電開關等傳感器來檢測動作的完成情況。雖然LPC2478內(nèi)部集成12路PWM通道，但按照前面介紹的模塊化的設計思想，執(zhí)行動作控制模塊獨立設計使系統(tǒng)的結構更加靈活并且容易擴展和剪裁。執(zhí)行動作控制模塊采用NXP的LPC2114微控制器，主控模塊LPC2478通過UART發(fā)送動作指令，執(zhí)行動作控制模塊控制完成所有動作。LPC2114產(chǎn)生的PWM信號通過H橋電路來驅動電機。