基于STM32F107的搬運機器人電機控制系統設計

摘要：針對搬運機器人的前輪轉向舵機和后輪驅動(dòng)電機的控制要求，采用以Cortex-M3為內核的STM32F107作為主控制器，采用嵌入實(shí)時(shí)操作系統μC／OS-II，將程序分成啟動(dòng)任務(wù)、電機轉速控制任務(wù)、舵機控制任務(wù)等相對獨立的多個(gè)任務(wù)，并設定了各任務(wù)的優(yōu)先級。該系統能較好地實(shí)現搬運機器人的運動(dòng)控制。
關(guān)鍵詞：搬運機器人；STM32F107；運動(dòng)控制；μC／OS-II；任務(wù)調度

引言
隨著(zhù)人工成本的不斷升高，用機器人代替人力去做一些重復性的高強度的勞動(dòng)是現代機器人研究的一個(gè)重要方向。搬運機器人在導航尋跡中，需要后輪驅動(dòng)電機和前輪舵機的協(xié)調工作。搬運機器人電機驅動(dòng)有其特殊的應用要求，對電機的動(dòng)態(tài)性能要求較高，能在任意時(shí)刻到達控制需要的指定位置并且使舵機停止在任意角度；電機驅動(dòng)的轉矩變化范圍大，既有空載平整路面行使的高速度、低轉矩工作環(huán)境，也有滿(mǎn)負載爬坡的運行工況，同時(shí)還要求保持較高的運行效率。根據以上的技術(shù)要求，本文選用了控制技術(shù)成熟，易于平滑調速的直流電機作為搬運機器人的執行饑構。

1 系統的硬件設計
1．1 機器人電機控制器硬件結構
主控制器采用Cortex-M3內核的STM32F107?？刂破鲀炔抗灿?個(gè)定時(shí)器，其中TIM1_CH1和TIM8_CH1為高級控制定時(shí)器引腳，TIM1_CH1用于電機編碼器計數。TLM8_CH1用于舵機控制基準時(shí)間。通用定時(shí)器引腳TIM2 CH1、TIM3 CH1、TIM4_CH1、TIM5_CH1分別用于電機和舵機驅動(dòng)電路上下橋壁PWM的產(chǎn)生。
觸發(fā)EXIT0中斷的PA0口和PB0口分別用于電機和舵機的過(guò)流中斷保護。觸發(fā)EXIT1中斷的PA1口和PB1口用于舵機兩側限位保護。電機驅動(dòng)電路采用自舉升壓芯片IR2103和MOSFET管75N75，后輪電機和舵機的相電流采集是通過(guò)康銅絲轉換成電壓，通過(guò)放大濾波處理，分別送至STM3 2F107的A／D采樣引腳ADC12_IN1實(shí)現過(guò)電流保護。通過(guò)上位機串口通信或STM32F107內部程序速度給定，控制電機的正反轉、速度及舵機的轉向。搬運機器人電機控制硬件結構框圖如圖1所示。