博鱼体育入口基于STM32F的搬运机械人机电掌握体

时间:2021-11-18  浏览次数:188  编辑:admin

  博鱼体育官方入口跟着野生本钱的不竭降低,用机械人替代身力去做一些反复性的高强度的劳动是当代机械人研讨的一个主要标的目的。机电驱动有其特别的使用请求,对机电的静态机能请求较高,能在随便时辰抵达掌握需求的指定地位而且使舵机截至在随便角度;机电驱动的转矩变革范畴大,既有空载平坦路面利用的高速率、低转矩事情情况,也有满负载爬坡的运转工况,同时还请求连结较高的运转服从。按照以上的手艺请求,本文选用了掌握手艺成熟,易于光滑调速的直流机电作为

  主接纳Cortex-M3内核的STM32F107。外部共有8个按时器,此中TIM1_CH1以及TIM8_CH1为初级控订定时器引脚,TIM1_CH1用于机电编码器计数。TLM8_CH1用于舵机掌握基定时间。通用按时器引脚TIM2 CH一、TIM3 CH一、TIM4_CH一、TIM5_CH1别离用于机电以及舵机驱动电路高低桥壁PWM的发生。

  触发EXIT0中止的PA0口以及PB0口别离用于机电以及舵机的过流中止庇护。触发EXIT1中止的PA1口以及PB1口用于舵机双侧限位庇护。机电驱动电路接纳自举升压芯片IR2103以及MOSFET管75N75,后轮机电以及舵机的相电流收罗是经由过程康铜丝转换成电压,经由过程放大滤波处置,博鱼体育官方入口别离送至STM3 2F107的A/D采样引脚ADC12_IN1完成过电流庇护。经由过程上位机串口通讯或STM32F107外部法式速率给定,掌握机电的正反转、速率及舵机的转向。搬运机械人机电掌握硬件构造框图如图1所示。

  机电的供电电源是由24 V的蓄电池供给,额定功率为240W,由4个75N75构成桥式电路来完成。75N75是MOSFET功率管,其最高耐压75V,最高耐流75 A,机电驱动电路如图2所示。

  Q一、Q4以及Q二、Q3别离构成两个桥路,别离掌握机电的正转以及反转。高端驱动的MOS管导通时源极电压以及漏极电压不异且都即是供电电乐VCC,以是要完成MOS管一般的驱动,栅极电压要比VCC大,这就需求特地的升压芯片IR2103。发生的PWM旌旗灯号输入HIN引脚,I/O口输出的EN一、EN2作为使能旌旗灯号。输出端HO便可获患上比VCC要高的电压,且超出跨越的电压值恰好是充在电容两头的电压。二极管进步导通速率,使患上75N75的导通电阻更小,低落了开关管的丧失。同时IR2103的两个输出口HO、LO拥有互锁功用,避免因为软件或硬件毛病酿成的机电高低桥臂纵贯形成短路。

  在机电掌握体系中装置过流庇护有两方面的意思:一是避免在机电一般运转时,机电呈现超载或堵转而使患上电枢绕组电流过大损伤机电以至激发火警;另外一方面是因为机电肩动时启动电流很大,常常不克不及间接启动,既需求等励磁绕组逐步成立磁场后再一般运转,又期望机电以只管快的速率肩动起来。有了过流庇护对电流停止斩波,可使机电宁静倏地地启动。过流庇护道理图如图3所示。

  机电的相电流经由过程康铜丝转换成电压旌旗灯号Vtext,颠末运算放大器放大后的模仿量AD1送至A/D转换模块,同时将颠末电压比力器比力后的数字量EVA送至的内部中止口。

  C/OS-II是一种可移植的、可植入ROM的、可裁剪的、抢占式的及时多使命操纵体系内核,拥有施行服从高、占用空间小、及时机能优秀以及可扩大性强等特性,最小内核可编译至2 KB。C/OS-II是用C言语以及汇编言语编写的,此中绝大部门代码郜是用C言语编写的,只要少少部门与处置器亲密相干的代码是用汇编言语编写。C/OS-II仅仅包罗了使命调理、使命办理、工夫办理、内存办理、使命间的通讯以及同步等根本功用。

  胜利地将C/OS-Ⅱ体系移植到STM32F107后,基于C/OS-II的法式设想是将一个大的使用法式分红相对于自力的多个使命来实现。界说好每一一个使命的优先级,C/OS-II内查对这些使命停止调理以及办理。

  软件设想思绪是按照机械人实践运转的需求由上位机经由过程串口对机电转速以及舵灵活弹地位停止给定。机电的转速是由设定的速率值以及由增量式编码器的收罗值比拟较,颠末速率PID算法完成闭环掌握。舵机的地位次要是由绝对值式编码器反应如今地位,按照行动工夫请求调理舵灵活弹的速率。本搬运机械人机电掌握体系软件要完成的功用以下:

  ◆拥有必然的毛病庇护功用。当机电呈现堵转、电流过大以及舵机震动限位开关时,请求截至驱动模块事情。

  ②机电以及舵机庇护使命。用于在过流或限位开关行动时呼应内部中止,进入中止形态经由过程发使命旌旗灯号量,使命法式检测旌旗灯号量有用并响该当使命,截至输出。使命优先级设为0级。

  ③上位机给定使命。用于上位机掌握机电以及舵机,使命优先级设为1级。上位机数据输入存放器时将发生一其中止,该中止将收到的字节送入缓冲区并开释上位机给定使命的旌旗灯号量;使命中检测到旌旗灯号量有用便开端施行,将对应的字节信息剖析成对应的机电转速以及舵机转角地位信息给响应变量赋值。

  主法式中,在挪用C/OS-II的其余使命之前,起首挪用体系初始化函数OSInit(),初始化C/OS-II一切的变量以及数据构造;同时,成立闲暇使命OS_TaskIdle(),这个使命老是处于停当态;挪用OSTaskCreate()函数成立启动使命;挪用OSStart(),将掌握权交给C/OS-II内核,开端运转多使命。

  最初挪用OSTaskDel(OS_PRIO_SELF)停止自我删除了,启动使命进入就寝形态。主法式使命流程如图4所示。

  增量式编码器每一次发生内部中止,在中止形态中收回使命旌旗灯号量,使命法式检测旌旗灯号量有用并响该当使命,使命中经由过程测患上机电以后转速以及给定速率比照完成闭环掌握。机电转速掌握使命流程如图5所示。

  舵机掌握由一个按时器发生基定时间,每一隔牢固工夫发送旌旗灯号量,使命都将施行一次。舵机掌握使命将对绝对值编码器测出的地位以及给定的地位停止比力,按照盈余工夫调解舵机的转速。舵机掌握使命流程如图6所示。

  机械人的舵机由直流机电外连一个30:1的减速机构成。绝对式地位编码器同舵机相连,将舵机的角度旌旗灯号送到驱动器掌握板中。机械人前轮的两个轴由传动杆相连,此中一个轴由传动带与舵机相连,如许在舵灵活弹时,传动带动员传动杆,包管两个前轮可以同步动弹。后轮驱念头电为直流机电,间接与增量式编码器相连,经减速比为25:1减速机减速后,经机器差速器驱动后轮动弹。增量式编码器的旌旗灯号一样送到驱动器掌握板中。电机体系构造如图7所示。

  本文完成了搬运机械人的机电以及舵机硬件的设想,胜利地在STM32F107上嵌入了及时操纵体系C/OS-II,实现了机电以及舵机的转速闭环尝试。操纵Cortex-M3内核以及C/OS-II体系多使命及时性的特性,为后续的机械人图象视频收罗以及导航寻迹供给了软硬件根底。假如对现有PI算法停止改良,而且可以完成机电速率以及电流双闭环掌握,则机械人机电的特征将会更好,搬运机械人的使用远景将愈加宽广。

 

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