基于DSP仿人機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器設(shè)計(jì)
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仿人機(jī)器人具有可移動(dòng)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(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)控制，就對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。
考慮到機(jī)械臂控制系統(tǒng)控制算法的計(jì)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(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法由主計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)主計(jì)算機(jī)還將通過RS 485總線與各關(guān)節(jié)控制器通信，負(fù)責(zé)各關(guān)節(jié)控制器的協(xié)調(diào)工作。每個(gè)關(guān)節(jié)控制器和一臺(tái)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)反饋裝置等構(gòu)成一個(gè)位置伺服系統(tǒng)，負(fù)責(zé)機(jī)械臂某一個(gè)關(guān)節(jié)變量的具體控制任務(wù)。
1 仿人機(jī)器人分布式控制器的硬件設(shè)計(jì)
1．1 關(guān)節(jié)控制器硬件電路設(shè)計(jì)
該設(shè)計(jì)選用TI公司的2000系列DSPTMS320F240作為控制單元。其時(shí)鐘頻率可達(dá)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(jī)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(kuò)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(jī)驅(qū)動(dòng)器的接口電路
驅(qū)動(dòng)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(jī)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(hào)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(hào)，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(hào)，還要利用LM358中的一片運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相比例放大電路，把0～4．095 V的信號(hào)放大2．5倍。
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