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基于DSP 的新型球形機器人控制器設(shè)計

作者: 時間:2009-12-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
是最近國內(nèi)外比較熱門的課題。無論是國內(nèi)還是國外,都有不少成功的例子。作者在參考了眾多的實例后,提出了獨特的驅(qū)動機構(gòu),即并聯(lián)驅(qū)動機構(gòu)。相比以往的機器人驅(qū)動機構(gòu),該機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡潔、占用空間小的特點,但它的控制算法比較復(fù)雜,一般的單片機很難勝任。本文介紹的系統(tǒng)是以計算能力強的為核心所的新形球形機器開環(huán)。其相應(yīng)的系統(tǒng)硬件電路、開環(huán)控制模型以及軟件控制流程分述如下。
1 驅(qū)動機構(gòu)簡介
  目前的球型機器人大都采用重力驅(qū)動,即通過某種機構(gòu)改變整個系統(tǒng)的重心,從而使它按特定的方向運動。本文所的球形機器人也是依據(jù)這一原理,其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/163401.htm

  該機器人有4個電機,每個電機帶著一個偏心重塊,按空間對稱方式安裝在球殼內(nèi)部,并且D1、D2、D3、D4 4個電機的回轉(zhuǎn)軸分別都指向球心。每個電機都帶角度傳感器,用于測量電機的轉(zhuǎn)角,分別如圖中的S1、S2、S3、S4。當電機帶動偏心重塊轉(zhuǎn)動至不同的位置時,整個系統(tǒng)的重心也會隨之相應(yīng)地改變。球體在新的重心作用下就會向特定的方向滾動。
2 控制系統(tǒng)
  如圖1的球形機器人系統(tǒng)控制電路的整體方案如圖2所示。系統(tǒng)由帶的主控制板、采樣電路、電機驅(qū)動電路、無線接收模塊和無線發(fā)送模塊組成。當主控制板通過無線收發(fā)模塊接收到“啟動”的命令字后,和采樣電路、電機驅(qū)動電路協(xié)調(diào)工作,驅(qū)動系統(tǒng)重心至指定位置。

2.1 主控制板簡介
  為了保證控制電路的可靠性,加快系統(tǒng)的開發(fā)進度,系統(tǒng)采用上海迅特電子有限公司的目標板IMEZ2407作為主控制板。該板是一個的最小系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。

  從圖3可以看出,IMEZ2407主要解決TMS320LF2407的周邊必備電路,如電源模塊、晶振和PLL振蕩電路、編程電源VCCP(接+5V或地)運行模式MP/MC選擇的跳線、JTAG接口等。另外板上還帶有1片64KB的SRAM,用作調(diào)試時的程序運行空間。調(diào)試完成后,再將程序燒入DSP的Flash程序存儲器中。
2.2 采樣電路
  采樣電路用來采集電機的轉(zhuǎn)角信息。這里,角度傳感器用無限旋轉(zhuǎn)式的滑動變阻器。電位測量采用電阻橋方式。信號放大采用TI公司的INA321儀器放大器。采樣、放大電路如圖4所示。圖中,R1~R4取大電阻以降低測量電路的功耗,R5可以調(diào)節(jié)電阻橋使它達到平衡,R6用來微調(diào)放大器的放大倍數(shù),S為角度傳感器。根據(jù)INA321的數(shù)據(jù)資料,放大電路的放大倍數(shù)計算公式如下:
  A=5+5×(R6+R7)/R8

2.3 電機驅(qū)動電路
  系統(tǒng)所使用的電機為普通的直流電機,并帶有減速器。電機參數(shù)為:額定電壓:5V。額定電流:80mA。額定轉(zhuǎn)速:60r/min。
  以上參數(shù),作者選擇了LG9110作為電機的驅(qū)動芯片。電機驅(qū)動電路如圖5所示。

  圖中INPUTA和INPUTB接到DSP的2個PWM輸出口上。MORTOR+和MORTOR-接直流電機的二端。LG9110的邏輯關(guān)系如表1所示。當IA和IB分別為高電平和低電平時,電機就會轉(zhuǎn)動,而欲使電機換向,可以通過同時翻轉(zhuǎn)IA和IB的電平值來實現(xiàn)。當IA和IB同時為低電平時,電機二端電壓都為低電平,電機不工作。

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