基于ARM核處理器的機(jī)器人手臂控制系統(tǒng)

近年來(lái)，隨著MEMS及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)器人領(lǐng)域已越來(lái)越來(lái)受人關(guān)注。但由于零件的尺寸很小，微機(jī)器人組件的裝配需要很高的精確度，一般的裝配方法無(wú)法滿足要求。本文介紹了一個(gè)可進(jìn)行微零件裝配工作的機(jī)器人手臂控制系統(tǒng)的控制方法。 

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

考慮到多機(jī)器人手臂的使用，整個(gè)機(jī)器人控制系統(tǒng)由上位機(jī)與多個(gè)下位機(jī)組成。下位機(jī)即是手臂控制器，每個(gè)下位機(jī)控制一個(gè)機(jī)械手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)。上位機(jī)即為控制終端，通過(guò)不同配件組裝方式生成每個(gè)手臂的位置數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸給各個(gè)下位機(jī)，由下位機(jī)控制手臂到達(dá)目標(biāo)位置并進(jìn)行目標(biāo)操作。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

 

1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

如圖2所示，手臂控制器的機(jī)械結(jié)構(gòu)由直流減速電機(jī)、手臂、螺桿、減速齒輪、角度傳感器組成。機(jī)器人手臂與機(jī)械螺桿相連，螺桿與直流減速電機(jī)通過(guò)減速齒輪耦合，各個(gè)手臂控制器通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)達(dá)到控制手臂位置的目的。同時(shí)，手臂控制器具有手動(dòng)調(diào)節(jié)旋柄與螺桿相連，需要時(shí)可通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，改變手臂位置。

 

1.2 電路結(jié)構(gòu)

手臂控制器由使用ARM內(nèi)核的PHLIPS LPC2138系列微處理器控制，電路結(jié)構(gòu)主要分為主控制模塊、測(cè)量反饋模塊和通信模塊，如圖3所示。通過(guò)主控制模塊控制電機(jī)狀態(tài)，通過(guò)測(cè)量反饋模塊得到螺桿移動(dòng)距離和位置，在達(dá)到規(guī)定位置后停止電機(jī)。而通信模塊則完成與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。

 

2 電機(jī)控制

電機(jī)控制由主控制模塊和測(cè)量反饋模塊共同完成。

2.1 主控制模塊

LPC2138引腳分配如表1所示。

 

主控制器使用PHLIPS LPC2138微處理器，其具有64個(gè)引腳，31個(gè)雙向I／O口，2個(gè)8路10們A／D轉(zhuǎn)換器，能夠進(jìn)行電壓測(cè)量的工作，符合設(shè)計(jì)要求，其引腳分配如表1所示。電機(jī)使用RA-20GM-SD3 型直流減速電機(jī)，其減速箱的減速比達(dá)到了1／1000，在減速后，電機(jī)轉(zhuǎn)速為4.5+／-0.9 rpm，在與1／2減速齒輪組進(jìn)一步耦合后，螺桿轉(zhuǎn)速為2.25 rpm，在所用螺桿齒距為1mm時(shí)，手臂移動(dòng)述牢為3.75