輪式自動(dòng)機器人控制系統

　　傳感器采集模塊

　　傳感器采集模塊主要采集各種傳感器的信息并做初步的處理，采集過(guò)程由CPLD控制。此模塊在整個(gè)系統中十分重要，因為它直接關(guān)系到機器人定位的精度。傳感器采集模塊的組成結構如圖2所示。

　　傳感器采集模塊以CPLD為核心，可以采集多路模擬量、2路編碼器脈沖和16路開(kāi)關(guān)量輸入。采集模塊中各傳感器的采集可以并行工作，由于采用了總線(xiàn)的結構和CPLD的可編程特性，采集模塊可以很方便地根據具體應用進(jìn)行裁剪和擴展。各采集模塊采集到的信息經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理后存儲在CPLD的內部寄存器中。LPC2478通過(guò)SPI來(lái)訪(fǎng)問(wèn)寄存器的內容。由于只需要完成通信功能，為了簡(jiǎn)化設計，僅對時(shí)鐘極性CPOL為0，且時(shí)鐘相位CPHA為1時(shí)的CPLD從機SPI通信模塊進(jìn)行了設計。

　　陀螺儀為角速度傳感器，安裝在機器人的對稱(chēng)軸上，用來(lái)感應機器人的角速度。陀螺儀輸出的模擬信號由16位并行AD芯片MAX1179轉換成數字信號，A/D的采集過(guò)程由CPLD控制。使用陀螺儀的主要問(wèn)題是零位電壓漂移問(wèn)題，CPLD對陀螺儀高速多次采集進(jìn)行均值濾波以減小這一誤差。

　　機器人的位移傳感器采用增量式光電編碼器。編碼器安裝在與主動(dòng)輪同軸的從動(dòng)輪上，與從動(dòng)輪同步轉動(dòng)。使用CPLD對編碼器輸出脈沖計數，根據脈沖個(gè)數來(lái)計算機器人位移。

　　運動(dòng)控制模塊

　　在陀螺儀精密傳感器的導航下，機器人走行電機的速度控制同樣要求十分精確。運動(dòng)控制模塊用來(lái)精確控制兩個(gè)走行電機的速度，運動(dòng)控制模塊由運動(dòng)控制器、直流無(wú)刷電機和編碼器三個(gè)部分組成。主控模塊LPC2478通過(guò)PWM信號的占空比來(lái)控制電機速度，在編碼器信號和電機電流的反饋下，運動(dòng)控制器內部集成的DSP在速度環(huán)、電流環(huán)和位置環(huán)三層閉環(huán)精確控制走行電機。

　　執行動(dòng)作控制模塊

　　執行動(dòng)作控制模塊控制機器人執行動(dòng)作，本文設計的機器人主要動(dòng)作有升降、手臂旋轉和抓取還有后部叉取。這些動(dòng)作主要由舵機和直流電機控制，舵機和直流電機的控制信號都使用PWM信號。執行動(dòng)作控制模塊除了完成電機的驅動(dòng)，還需要電位器、光電開(kāi)關(guān)等傳感器來(lái)檢測動(dòng)作的完成情況。雖然LPC2478內部集成12路PWM通道，但按照前面介紹的模塊化的設計思想，執行動(dòng)作控制模塊獨立設計使系統的結構更加靈活并且容易擴展和剪裁。執行動(dòng)作控制模塊采用NXP的LPC2114微控制器，主控模塊LPC2478通過(guò)UART發(fā)送動(dòng)作指令，執行動(dòng)作控制模塊控制完成所有動(dòng)作。LPC2114產(chǎn)生的PWM信號通過(guò)H橋電路來(lái)驅動(dòng)電機。