基于DSP 的新型球形機器人控制器設計

　　該機器人有4個(gè)電機，每個(gè)電機帶著(zhù)一個(gè)偏心重塊，按空間對稱(chēng)方式安裝在球殼內部，并且D1、D2、D3、D4 4個(gè)電機的回轉軸分別都指向球心。每個(gè)電機都帶角度傳感器，用于測量電機的轉角，分別如圖中的S1、S2、S3、S4。當電機帶動(dòng)偏心重塊轉動(dòng)至不同的位置時(shí)，整個(gè)系統的重心也會(huì )隨之相應地改變。球體在新的重心作用下就會(huì )向特定的方向滾動(dòng)。
2 控制系統設計
　　如圖1的球形機器人系統控制電路的整體方案如圖2所示。系統由帶DSP的主控制板、采樣電路、電機驅動(dòng)電路、無(wú)線(xiàn)接收模塊和無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊組成。當主控制板通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊接收到“啟動(dòng)”的命令字后，和采樣電路、電機驅動(dòng)電路協(xié)調工作，驅動(dòng)系統重心至指定位置。

2.1 主控制板簡(jiǎn)介
　　為了保證控制電路的可靠性，加快系統的開(kāi)發(fā)進(jìn)度，系統采用上海迅特電子有限公司的目標板IMEZ2407作為主控制板。該板是一個(gè)DSP的最小系統，其結構簡(jiǎn)圖如圖3所示。

　　從圖3可以看出，IMEZ2407主要解決TMS320LF2407的周邊必備電路，如電源模塊、晶振和PLL振蕩電路、編程電源VCCP(接+5V或地)運行模式MP/MC選擇的跳線(xiàn)、JTAG接口等。另外板上還帶有1片64KB的SRAM，用作調試時(shí)的程序運行空間。調試完成后，再將程序燒入DSP的Flash程序存儲器中。
2.2 采樣電路
　　采樣電路用來(lái)采集電機的轉角信息。這里，角度傳感器用無(wú)限旋轉式的滑動(dòng)變阻器。電位測量采用電阻橋方式。信號放大采用TI公司的INA321儀器放大器。采樣、放大電路如圖4所示。圖中，R1~R4取大電阻以降低測量電路的功耗，R5可以調節電阻橋使它達到平衡，R6用來(lái)微調放大器的放大倍數，S為角度傳感器。根據INA321的數據資料，放大電路的放大倍數計算公式如下：
　　A=5+5×(R6+R7)/R8

2.3 電機驅動(dòng)電路
　　系統所使用的電機為普通的直流電機，并帶有減速器。電機參數為：額定電壓：5V。額定電流：80mA。額定轉速：60r/min。
　　基于以上參數，作者選擇了LG9110作為電機的驅動(dòng)芯片。電機驅動(dòng)電路如圖5所示。

　　圖中INPUTA和INPUTB接到DSP的2個(gè)PWM輸出口上。MORTOR+和MORTOR-接直流電機的二端。LG9110的邏輯關(guān)系如表1所示。當IA和IB分別為高電平和低電平時(shí)，電機就會(huì )轉動(dòng)，而欲使電機換向，可以通過(guò)同時(shí)翻轉IA和IB的電平值來(lái)實(shí)現。當IA和IB同時(shí)為低電平時(shí)，電機二端電壓都為低電平，電機不工作。