[發(fā)明專利]一種基于DSP2811的可重構(gòu)機(jī)器人模塊系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410461818.3
• 申請日: 2014-09-12
• 公開（公告）號: CN104260088A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李相武;王瑛;李忠喜
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱恒譽(yù)名翔科技有限公司
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J9/16
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，特別涉及一種嵌入式可重構(gòu)機(jī)器人模塊系統(tǒng)。

背景技術(shù)

可重構(gòu)機(jī)器人一般是指由若干具備一定自治能力和感知能力的模塊組成，各個模塊之間具有統(tǒng)一的接口環(huán)境，可用于傳遞力、運(yùn)動、能量和通信等。通過模塊之間的連接、斷開操作以及相互運(yùn)動，可重構(gòu)機(jī)器人能夠自動改變整體構(gòu)形，擴(kuò)展運(yùn)動形式，進(jìn)而完成多種運(yùn)動及操作任務(wù)。

可重構(gòu)機(jī)器人的研究需要先進(jìn)的力學(xué)分析，優(yōu)秀的機(jī)械和電子設(shè)計，先進(jìn)的控制策略等，是一個交叉綜合的研究方向。它的重大突破將帶動計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)、力學(xué)分析與建模和智能控制技術(shù)等的發(fā)展，科研意義重大。國外研制出了許多樣機(jī)，走在了這個領(lǐng)域的前面。國內(nèi)僅僅在理論研究方面有所成果，很少有個人或單位做出樣機(jī)來進(jìn)行試驗(yàn)。通過國外的應(yīng)用情況來看，可重構(gòu)機(jī)器人技術(shù)可以應(yīng)用在航天、軍事、核工業(yè)、流水生產(chǎn)以及高危作業(yè)等諸多領(lǐng)域，所以該研究不僅能夠填補(bǔ)國內(nèi)與國外的技術(shù)差距，更具有深刻的應(yīng)用價值和市場前景。

跟傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人相比，可重構(gòu)機(jī)器人具有易于維護(hù)，適應(yīng)能力強(qiáng)，成本低，功能多的特點(diǎn)，這讓它很適于新時代的生產(chǎn)要求。然而,在可重構(gòu)模塊化機(jī)器人不斷發(fā)展的前提下,卻很少有一個能夠適用的可重構(gòu)、模塊化的控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)際的可重構(gòu)機(jī)械模塊系統(tǒng)，這種模塊具有很好的普適性，還需要具有一定的智能特性。通過外界組合成不同的構(gòu)形，能夠完成不同的任務(wù)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明采用DSP作為核心運(yùn)算器件，由DSP主控制器、光電隔離模塊、相對式光電編碼器、驅(qū)動模塊、CAN模塊、霍爾元件以及隔離電源組成。

首先電源我們采用隔離電源，在將24V轉(zhuǎn)為5V的同時，將電機(jī)地和數(shù)字地進(jìn)行第一次隔離，將隔離后的5V輸入給5V的元器件，如光電編碼器等。將DSP輸出PWM信號，剎車信號和方向信號做第二次隔離。相對式的光電編碼器作為反饋，并將光電編碼器輸出的脈沖信號進(jìn)行分壓處理，采用LMD18200作為驅(qū)動芯片，將電機(jī)圈貼上磁鐵，用霍爾元件作為反饋，采用CAN總線作為通信。

電源模塊是整個系統(tǒng)的基石，因?yàn)镈SP對電壓的穩(wěn)定性要求很高，并且需要3.3V，1.8V分別供電，整個系統(tǒng)還需要5V和24V供電。采用具有隔離功能的WRB2405CS這款直流-直流模塊，它具有隔離功能，能夠?qū)?4V直流轉(zhuǎn)化為5V直流，額定功率3W。

驅(qū)動模塊：驅(qū)動采用LMD18200芯片（U2_3），最高耐壓值是55V，峰值電流6A，而正常的工作電流高達(dá)3A求。只需要一路PWM信號，這款芯片具有剎車信號輸入和轉(zhuǎn)向控制信號輸入，只要給高電平或低電平就能控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和剎車。C2_3_2的一端和U2_3的1腳相連，另一端和U2_3的2腳相連。U2_3的2腳還和OUT1相連。U2_3的3腳、4腳、5腳分別和SDIR、SBRAKE、SPWM1相連。U2_3的6腳和24V電源相連。C2_3_1一腳和U2_3的11腳相連，另一端U2_3的10腳相連，U2_3的10腳與OUT2相連。U2_3的9腳懸空，R2_3_1的一腳和U2_3的8腳相連，另一端和U2_3的7腳一起連接到QDGND。

底層控制算法流程：光電編碼器輸出脈沖信號進(jìn)入DSP的相關(guān)管腳，由DSP的T4計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)。因?yàn)槲覀兪褂玫碾姍C(jī)帶有512:1的減速箱，也就是說電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，經(jīng)過減速比，經(jīng)過減速箱輸出只有360°/512=0.703125°，所以需要另一個計數(shù)器來計電機(jī)所轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。使用T3計數(shù)器中斷來計電機(jī)的圈數(shù)，T3與T4一起在單位時間內(nèi)計數(shù)就可以得到電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，作為速度閉環(huán)PID的反饋值。角速度經(jīng)過積分可以的到角度值，作為角度閉環(huán)PID的反饋值。使用T1的比較器功能作為PWM輸出比較器。CPU定時器中斷0中寫入控制算法，通過設(shè)置CPU定時器0的頻率便可以設(shè)置整個系統(tǒng)的控制周期。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果：

（1）本發(fā)明采用TMS320F2811采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，各個存儲空間可以獨(dú)立訪問，程序總線和數(shù)據(jù)總線分離，使數(shù)據(jù)的處理效率提升了一倍，提高了整個系統(tǒng)的處理速度。

（2）本發(fā)明中的搭建這個模塊化機(jī)械臂，能夠?qū)W(xué)界新提出的一些構(gòu)形求解方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。如果成本能夠壓得足夠低，輸出力矩足夠大，那這種機(jī)器人還可以應(yīng)用在工業(yè)界的自動生產(chǎn)中。