基于DSP仿人機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器電路設(shè)計(jì)

仿人機(jī)器人具有可移動(dòng)性，具有很多的自由度，包括雙臂、頸部、腰部、雙腿等，可以完成更復(fù)雜的任務(wù)，這些關(guān)節(jié)要連接在一起，進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)控制，就對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性提出了更高的要求，以往采用的集中控制系統(tǒng)，控制功能高度集中。局部的故障就可能造成系統(tǒng)的整體失效，降低了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，因此考慮采用分布式的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的接口電路

驅(qū)動(dòng)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(jī)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(hào)是0~10 V的模擬量。因此需要用D/A轉(zhuǎn)換電路，把DSP輸出的數(shù)字量給定轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，電路圖如圖3所示。DAC7621為12 b并行輸入的D/A轉(zhuǎn)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(hào)，還要利用LM358中的一片運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相比例放大電路，把0~4.095 V的信號(hào)放大2.5倍。

如果驅(qū)動(dòng)和控制器不進(jìn)行隔離，尖峰將破壞控制器電路中的器件，例如RAM.因此，設(shè)計(jì)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(guān)系，且輸入電流和輸出電流呈線性關(guān)系。U6B是圖3芯片LM358中的另外一片運(yùn)算放大器，它將輸入0~10 V電壓轉(zhuǎn)換成20 mA以內(nèi)的電流信號(hào)，輸入線形光耦HC-NR201。HCNR201輸出電流再經(jīng)過一個(gè)由單電源軌到軌運(yùn)放AD8519構(gòu)成的電壓跟隨器轉(zhuǎn)換成0~10 V電壓信號(hào)，作為驅(qū)動(dòng)器的模擬信號(hào)輸入。顯然，HCNR201兩側(cè)電路應(yīng)采用不同的電源和地。LM358中的兩片運(yùn)算放大器采用控制器輸入的12 V電源供電，而AD8519則采用驅(qū)動(dòng)器輸入端提供的10 V電壓供電。

增量式編碼器信號(hào)處理電路

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

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(gè)485通信芯片MAX485可以的把TMS320F240的串口RXD和TXD的TTL電平轉(zhuǎn)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(jī)械臂控制系統(tǒng)控制算法的計(jì)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(jié)構(gòu)，見圖所示。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法由主計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)主計(jì)算機(jī)還將通過RS 485總線與各關(guān)節(jié)控制器通信，負(fù)責(zé)各關(guān)節(jié)控制器的協(xié)調(diào)工作。每個(gè)關(guān)節(jié)控制器和一臺(tái)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)反饋裝置等構(gòu)成一個(gè)位置伺服系統(tǒng)，負(fù)責(zé)機(jī)械臂某一個(gè)關(guān)節(jié)變量的具體控制任務(wù)。