基于DSP仿人機器人關節(jié)控制器電路設計

電機驅動器的接口電路

驅動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，輸入的指令信號是0～10 V的模擬量。因此需要用D/A轉換電路，把DSP輸出的數(shù)字量給定轉變?yōu)槟M信號，電路圖如圖3所示。DAC7621為12 b并行輸入的D/A轉換器，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，還要利用LM358中的一片運算放大器構成的同相比例放大電路，把0～4.095 V的信號放大2.5倍。

如果驅動和控制器不進行隔離，尖峰將破壞控制器電路中的器件，例如RAM。因此，設計了基于線形光耦HCNR201的隔離電路，如圖4所示。

線形光耦HCNR201 只能起到隔離電流的關系，且輸入電流和輸出電流呈線性關系。U6B是圖3芯片LM358中的另外一片運算放大器，它將輸入0～10 V電壓轉換成20 mA以內(nèi)的電流信號，輸入線形光耦HC-NR201。HCNR201輸出電流再經(jīng)過一個由單電源軌到軌運放AD8519構成的電壓跟隨器轉換成0～10 V電壓信號，作為驅動器的模擬信號輸入。顯然，HCNR201兩側電路應采用不同的電源和地。LM358中的兩片運算放大器采用控制器輸入的12 V電源供電，而AD8519則采用驅動器輸入端提供的10 V電壓供電。

增量式編碼器信號處理電路

增量式編碼器信號處理電路如圖5所示。J8是MR編碼器的信號輸入接口，采用AM26C32把MR編碼器輸出三個通道的RS 422差分信號轉換成TTL電平，得到A，B，Z三路信號。

RS 485總線通信電路

RS 485總線是一種通信總線，TMS320F240 DSP芯片本身不具備RS 485總線接口，采用兩個485通信芯片MAX485可以的把TMS320F240的串口RXD和TXD的TTL電平轉換為RS 485電平，TMS320F240DSP的RXD和TXD引腳分別連接到第一片485通信芯片RO和第2片485通信芯片DI的引腳。 TMS320F240 DSP　的SPISIMO和SPISOMI連接到MAX485的使能引腳RE，用于控制TMS320F240 DSP芯片的數(shù)據(jù)發(fā)送口掛接到總線上或和總線分離，電路如圖6所示。

考慮到機械臂控制系統(tǒng)控制算法的計算量以及多軸協(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構，見圖所示。運動規(guī)劃算法由主計算機來實現(xiàn)，同時主計算機還將通過RS 485總線與各關節(jié)控制器通信，負責各關節(jié)控制器的協(xié)調(diào)工作。每個關節(jié)控制器和一臺電機、驅動器、檢測反饋裝置等構成一個位置伺服系統(tǒng)，負責機械臂某一個關節(jié)變量的具體控制任務。