基于CANopen協(xié)議的救援機(jī)器人調(diào)試系統(tǒng)

摘 要： 設(shè)計(jì)了一種基于CANopen協(xié)議的救援機(jī)器人調(diào)試系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中充分考慮了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的反饋數(shù)據(jù)優(yōu)化控制參數(shù)，從而提高了運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)控制性能。重點(diǎn)介紹了CANopen從站的軟、硬件設(shè)計(jì)以及主站網(wǎng)絡(luò)管理（NMT）、服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象（SDO）的實(shí)現(xiàn)，并用實(shí)例證明該系統(tǒng)完全能滿足救援機(jī)器人調(diào)試的需要。
關(guān)鍵詞： CANopen；分布式控制系統(tǒng)；對(duì)象字典

在災(zāi)后救援現(xiàn)場(chǎng)，為實(shí)現(xiàn)廢墟環(huán)境下的靈活移動(dòng)，增強(qiáng)對(duì)各種復(fù)雜地形的適應(yīng)性，機(jī)器人需要具有多個(gè)關(guān)節(jié)，并且各關(guān)節(jié)需要獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。在搜索和救援過(guò)程中，為了能在諸如陡坡、樓梯、管道及廢墟等復(fù)雜環(huán)境下自由移動(dòng)，要求機(jī)器人具備多種運(yùn)動(dòng)姿態(tài)并且能迅速改變姿態(tài)以滿足不同環(huán)境的需求。因此要求機(jī)器人的各關(guān)節(jié)具有良好的運(yùn)動(dòng)特性。
關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)性能的好壞決定了機(jī)器人能否適應(yīng)在復(fù)雜環(huán)境中靈活運(yùn)動(dòng)的要求，是評(píng)價(jià)救援機(jī)器人性能的一個(gè)重要指標(biāo)。為了對(duì)機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)評(píng)，通過(guò)建立與機(jī)器人各關(guān)節(jié)控制器相連的運(yùn)動(dòng)控制主站，實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)節(jié)控制器的組態(tài)與監(jiān)視，并通過(guò)分析機(jī)器人運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)反饋回的數(shù)據(jù)優(yōu)化控制參數(shù)，使得運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)控制性能得以提高。針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制中對(duì)各關(guān)節(jié)電機(jī)控制實(shí)時(shí)性與同步性以及結(jié)構(gòu)靈活性的要求，提出了一種基于CANopen協(xié)議的救援機(jī)器人調(diào)試系統(tǒng)。
CANopen為基于CAN的高層協(xié)議，是最初由BOSCH公司提出的一種串行數(shù)據(jù)通信總線。其具有可靠性高、抗干擾性強(qiáng)、開發(fā)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉及其短幀傳輸和無(wú)破壞仲裁技術(shù)等特點(diǎn)，應(yīng)用極為廣泛。CANopen是一個(gè)基于CAL的子協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮乃枷朐O(shè)計(jì)，具有很好的模塊化特性和很高的適應(yīng)性，通過(guò)擴(kuò)展可以適用于大量的應(yīng)用領(lǐng)域[1]。
1 方案設(shè)計(jì)
圖1所示為救援機(jī)器人調(diào)試系統(tǒng)框圖，包含電機(jī)控制器、基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和PC機(jī)上的調(diào)試系統(tǒng)。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制方法采用了三個(gè)基本控制環(huán)，即位置環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)和轉(zhuǎn)矩環(huán)，各閉環(huán)采用PID算法控制，以便更加精確地控制電機(jī)；同時(shí)建立了CANopen從站，通過(guò)CAN總線將各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和PC機(jī)上的調(diào)試軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；PC機(jī)則通過(guò)PCI-CAN卡實(shí)現(xiàn)了CANopen主站，從而方便對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的電機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理，并發(fā)送調(diào)試系統(tǒng)所發(fā)出的命令；采用NI公司的Labview調(diào)試系統(tǒng)上位機(jī)的程序編寫。