基于DSP仿人机器人关节控制器设计
仿人机器人具有可移动性,具有很多的自由度,包括双臂、颈部、腰部、双腿等,可以完成更复杂的任务,这些关节要连接在一起,进行统一的协调控制,就对控制系统的可靠性、实时性提出了更高的要求,以往采用的集中控制系统,控制功能高度集中。局部的故障就可能造成系统的整体失效,降低了系统的可靠性和稳定性,因此考虑采用分布式的控制系统来实现系统的控制功能。
考虑到机械臂控制系统控制算法的计算量以及多轴协调控制等问题,采用基于RS 485总线的分布式控制的体系结构,见图1所示。运动规划算法由主计算机来实现,同时主计算机还将通过RS 485总线与各关节控制器通信,负责各关节控制器的协调工作。每个关节控制器和一台电机、驱动器、检测反馈装置等构成一个位置伺服系统,负责机械臂某一个关节变量的具体控制任务。
1 仿人机器人分布式控制器的硬件设计
1.1 关节控制器硬件电路设计
该设计选用TI公司的2000系列DSPTMS320F240作为控制单元。其时钟频率可达20 MHz,具有高速的处理能力,片内资源丰富,特别是它特有的内置事件管理器模块,使其在电机控制领域具有非常广泛的应用。该芯片本身尺寸很小,需要外扩的资源不多,节省了电路板的空间。关节控制器硬件电路原理图框图如图2所示。
1.2 电机驱动器的接口电路
驱动器的控制模式可以分为两种:速度控制模式和位置控制模式(通常用电位器作为电机的位置传感器)。这里采用它的速度控制模式,输入的指令信号是0~10 V的模拟量。因此需要用D/A转换电路,把DSP输出的数字量给定转变为模拟信号,电路图如图3所示。DAC7621为12 b并行输入的D/A转换器,它内置参考源,输出范围:0~4.095 V。它的12位输入接DSP数据总线中的D0到D11。它的片选输入管脚可以接DSP的I/O控制线/IS。为了得到0~10 V的模拟信号,还要利用LM358中的一片运算放大器构成的同相比例放大电路,把0~4.095 V的信号放大2.5倍。
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