基于CAN總線的仿人機(jī)器人力信息檢測系統(tǒng)

　　選用TMS320LF2407作為主處理器。它采用實時信號處理體系結(jié)構(gòu)，可達(dá)到30×10⁶條指令/s的執(zhí)行速度，供電電壓為3.3V，功耗低，片內(nèi)外設(shè)中集成有控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)2.0B模塊和SCI模塊。

　　傳輸數(shù)據(jù)主要包括兩個力/力矩傳感器的五維力信息和經(jīng)過預(yù)處理得到的數(shù)據(jù)，因此雙端口RAM選用IDT7132(2K×8bit)。一個端口接PC/104總線的數(shù)據(jù)線、低位地址線、高位地址譯碼產(chǎn)生的選通信號以及讀寫信號，譯碼通過MAX7032，根據(jù)上位機(jī)的空閑地址分配RAM地址；另一個端口接經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換的DSP數(shù)據(jù)線低位地址線、高位地址譯碼產(chǎn)生的選通信號以及讀寫信號，通過SN74LV08A譯碼，分配的地址為F800～FFFF，通過SN74LV245A完成總線驅(qū)動和電平轉(zhuǎn)換。

　　
　　圖4　接口電路原理圖

　　
　　圖5　力信息采集與預(yù)處理基本流程

　　選取PCA82C250T作為驅(qū)動CAN控制器和物理總線間的接口，提供對總線的差動發(fā)送和接收功能。同時利用DSP的SCI模塊擴(kuò)展了一路RS232串口，選用3.3V供電的RS232驅(qū)動器MAX3320作為串口驅(qū)動器，與PC機(jī)進(jìn)行通信。

　　接口電路的軟件流程
　　接口電路驅(qū)動程序中，首先對DSP進(jìn)行初始化設(shè)置，包括定時器初始化和CAN模塊初始化以及在IDT7132中設(shè)置平滑數(shù)據(jù)隊列等；然后向發(fā)送郵箱中寫入0或1，即對傳感器清零或者請求發(fā)送數(shù)據(jù)；接收到數(shù)據(jù)之后，將數(shù)據(jù)從接收郵箱中讀入平滑數(shù)據(jù)隊列中，進(jìn)行平滑數(shù)據(jù)處理，供上位機(jī)查詢和讀取。

　　在DSP的初始化設(shè)置中，首先通過設(shè)置MCR寄存器來配置CAN引腳；初始化位定時器主要是設(shè)置寄存器BCR1和BCR2，決定CAN控制器的通信波特率、同步跳轉(zhuǎn)寬度、采樣次數(shù)和重同步方式。對郵箱的初始化主要是設(shè)置郵箱的標(biāo)識符；對發(fā)送的數(shù)據(jù)區(qū)賦初值，需要清零傳感器返回值時，數(shù)據(jù)區(qū)賦值0，需要讀取數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)區(qū)賦值1。發(fā)送信息首先要使能發(fā)送郵箱，然后設(shè)置發(fā)送請求位，等待發(fā)送中斷標(biāo)志位置位，若為1，則發(fā)送成功，最后清除發(fā)送中斷標(biāo)志位和發(fā)送應(yīng)答位。接受信息時，要對接收郵箱進(jìn)行初始化，設(shè)置標(biāo)識符以及與標(biāo)識符相關(guān)的局部屏蔽寄存器(LAM)；然后等待接收中斷標(biāo)志位MIFn置位，若MIFn=1則接收成功，最后清除接收中斷標(biāo)志位和接收信息懸掛位。接收數(shù)據(jù)后，根據(jù)傳感器解耦矩陣完成數(shù)據(jù)解耦及平滑濾波。

　　根據(jù)文中提出的設(shè)計方法，已設(shè)計相應(yīng)的電路，實現(xiàn)了對力信息的實時采集和傳送。所設(shè)計的系統(tǒng)能夠完成力信息采集和平滑預(yù)處理工作，但還沒有加入對力信息的數(shù)字濾波設(shè)計。通過對所采集的力信息數(shù)據(jù)的特性分析，下一步將在軟件流程中增加數(shù)字濾波部分，使獲取的力信息能夠更加真實地反映機(jī)器人所受到的地面反力信息，使力信息能夠應(yīng)用于仿人機(jī)器人的大回路控制。