危險(xiǎn)品處理機(jī)器人控制電路設(shè)計(jì)
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本文首先簡(jiǎn)要介紹了危險(xiǎn)品危險(xiǎn)品處理機(jī)器人的作用,機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式,著重從控制系統(tǒng)與硬件設(shè)計(jì)介紹了危險(xiǎn)品處理機(jī)器人機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。最后給出了測(cè)得的機(jī)械手的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。危險(xiǎn)品處理機(jī)器人是用于危險(xiǎn)彈藥夾持、拔出、搬運(yùn)和放置作業(yè),并可攜帶和放置的裝置。該項(xiàng)目的完成將解決長(zhǎng)期困擾我軍的事故炮彈、戰(zhàn)爭(zhēng)遺留彈等危險(xiǎn)彈藥安全處理問(wèn)題。機(jī)械手是危險(xiǎn)品處理機(jī)器人操作過(guò)程中直接與彈藥接觸的重要部件,主要用于執(zhí)行對(duì)危險(xiǎn)彈藥的夾持、拆除、搬運(yùn)和放置作業(yè), 機(jī)械手工作的穩(wěn)定性直接決定著彈藥處理的成功率,因此機(jī)械手的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
機(jī)械手的三塊控制器的控制芯片都為2407DSP,雖然三塊控制器實(shí)現(xiàn)的功能不同,但在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)按照DSP 管腳的功能,設(shè)計(jì)外圍電路如下:
PWM 管腳:DSP 的每個(gè)事件管理器都有與比較單元相關(guān)的PWM 電路,能夠產(chǎn)生六路帶可編程死區(qū)和輸出極性的PWM 輸出,但是都是成對(duì)輸出的,對(duì)于本控制器需要的獨(dú)立的輸出,每個(gè)事件管理器只有3 路,一個(gè)DSP 有兩個(gè)事件管理器,可以獨(dú)立的輸出6 路PWM 波。液壓控制器需要6 路PWM 波驅(qū)動(dòng)電業(yè)比例閥,而伺服電機(jī)控制器需要4 路0-5V 的加速器信號(hào)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,在設(shè)計(jì)電路時(shí)將這兩種電路設(shè)計(jì)在一起,并制成印刷電路板,焊板時(shí)按每板的功能焊接即可,液壓控制器需要輸出PWM 波形,芯片用LM393 做比較器,此時(shí)電阻R19 和電容C71 不焊即可,但要有R21 上拉電阻,R17 和R18 將2 腳電壓分在1.7V 左右比較合適。伺服控制器需要輸出0-5V 電壓芯片用LM2904 做運(yùn)放用,焊電阻R19 和電容C17不用MOS 管、R21 和外接電源,也不用焊R17,直接將DSP 輸出0-3.3V 電壓放大到0-5V 輸出。PWM/電壓輸出電路圖見(jiàn)圖1:
傳輸文件進(jìn)行PCB打樣
圖1 PWM/電壓輸出電路
IO 口:DSP 的數(shù)字I/O 口模塊具有控制專用I/O 和復(fù)用引腳的功能,可以輸出輸入高低電平信號(hào),根據(jù)其功能將其設(shè)計(jì)成開(kāi)關(guān)量輸出,輸入,并用其控制繼電器,作為控的開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)量輸入只要用電阻分壓即可,開(kāi)關(guān)量輸出使用光耦隔離,本設(shè)計(jì)用的光耦PC817,比較適合DSP 使用。當(dāng)DSP 輸出高電平時(shí)繼電器吸合,CNETA1 和CNETA2 兩腳導(dǎo)通繼電器電路圖見(jiàn)圖2:
圖2 繼電器電路圖
QEP 電路:DSP 的每個(gè)時(shí)間管理器都有一個(gè)正交編碼器脈沖(QEP)電路。當(dāng)QEP電路被使能時(shí)可以對(duì)CAP1/QEP1 和CAP2/QEP2(對(duì)于EVA 模塊)引腳上的正交編碼輸入脈沖進(jìn)行解碼和計(jì)數(shù)。正交編碼脈沖電路可用于連接光電編碼器以獲得旋轉(zhuǎn)機(jī)械的位置和速率。伺服電機(jī)控制器需要使用QEP 電路,由于一個(gè)伺服電機(jī)控制器需要控制4 臺(tái)伺服電機(jī),所以碼盤(pán)信號(hào)使用74153 芯片選擇輸入,同時(shí)碼盤(pán)的每路信號(hào)都有正負(fù)兩根線通過(guò)運(yùn)放放大后再到74153 選擇后輸入DSP,碼盤(pán)選擇電路見(jiàn)圖3:
圖3 碼盤(pán)選擇電路
其中W/R/IOPC0 為使能信號(hào),XINT1/IOPA2 和XINT2/ADCSOC/IOPDO 構(gòu)成選擇信號(hào),74153 通過(guò)選擇信號(hào)的選擇碼選擇一對(duì)信號(hào)從7 腳和9 腳輸出給DSP。其他硬件電路設(shè)計(jì)包括電源、串口、CAN 總線和DSP 外圍接線等都是典型的設(shè)計(jì)。