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基于A(yíng)RM的漿果采摘機械手運動(dòng)控制研究
作者：
時(shí)間：2016-12-02
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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2.1 主控制模塊設計
為了能夠滿(mǎn)足機器人控制需求，同時(shí)兼顧機器人對控制器體積、重量、功耗等敏感特性的要求，主控制模塊采用Samsung 公司基于A(yíng)RM920T 核（適用于實(shí)時(shí)環(huán)境） 的低功耗、16/32bit、高性能的RISC 微處理器S3C2410，其主頻為266MHz。操作系統則選用源碼公開(kāi)、專(zhuān)為ARM 設計，可靠性高的實(shí)時(shí)、多任務(wù)內核arm-Linux。
要使微處理器能夠正常工作，必須對其外圍進(jìn)行擴展，圖3 所示為實(shí)現整個(gè)ARM 主控制模塊的硬件系統原理圖。
電源模塊負責為整個(gè)模塊提供穩定、干凈的直流電源。JTAG 調試單元用來(lái)實(shí)現程序的在線(xiàn)調試。串行通信模塊則通過(guò)RS232 通訊標準實(shí)現主控制模塊與上位機的通訊。為使系統能夠運行較大的程序（如LINUX內核和文件系統），在微處理器外圍擴展了32M 字節的SDRAM 內存芯片。擴展了16M 字節的FLASH 芯片作為程序和數據的存儲設備，以保證掉電時(shí)程序和數據不會(huì )丟失。
2.2 驅動(dòng)模塊設計
本機器人系統采用直流電機控制，電機驅動(dòng)芯片選用ST公司的L298。L298 是ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是工作電壓高，輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續工作電流為2A；內含兩個(gè)H 橋的高電壓大電流全橋式驅動(dòng)器，可用來(lái)驅動(dòng)直流電動(dòng)機、步進(jìn)電動(dòng)機、繼電器和線(xiàn)圈等感性負載；采用標準TTL 邏輯電平信號控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。
2.3 反饋模塊設計
本系統的電機使用光電編碼器進(jìn)行測速。光電編碼器具有低慣量、低噪聲、高分辨率和高精度等特點(diǎn)，適合于控制直流電機。將編碼器產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)變換得到電動(dòng)機速度用于速度反饋形成速度閉環(huán)，同時(shí)可以對脈沖信號進(jìn)行計數和運算，從而得到采摘機器手的位置和速度。
3 控制系統軟件設計
控制系統中控制任務(wù)的實(shí)現由應用程序來(lái)完成，應用程序設計的好壞將直接決定整個(gè)系統的控制質(zhì)量和控制效率。為了更好地進(jìn)行系統調試以及功能擴展，控制系統軟件也采用了模塊化結構設計。系統主程序主要分為初始化模塊和運行模塊兩大部分。
3.1 初始化模塊
初始化模塊需要完成的工作是：異常向量表定義、堆棧初始化、系統變量初始化、中斷系統初始化、I/O 初始化和外圍初始化等操作。
3.2 運行模塊
運行模塊通過(guò)中斷形式進(jìn)行，包括測速模塊、PID控制模塊和PWM波輸出模塊。主要工作流程為：首先判斷是否有新的速度指令，若有，則判斷出速度大小和方向，并將其轉換成程序中規定的統一形式，以方便進(jìn)行PID 控制；然后判斷是否有新的傳感器反饋值，若有，則計算出電機的速度大小，并執行電機的PID 控制程序，接著(zhù)調用電機驅動(dòng)程序，改變PWM 占空比，輸出PWM 波，實(shí)現電機的速度控制。測速模塊每隔一定采樣時(shí)間對光電編碼器脈沖進(jìn)行采樣，以得到速度反饋值，運行模塊的主要流程如圖4 所示。
4 結束語(yǔ)
基于A(yíng)RM 的運動(dòng)控制系統是漿果采摘機器人系統的一個(gè)重要組成部分。ARM 微處理器性能好、功耗低、體積小、移植性較好。以ARM 微處理器為核心的運動(dòng)控制系統可以通過(guò)硬件平臺的改進(jìn)和升級、軟件算法的再生和模塊化使整個(gè)控制系統具備可移植性，具有一定應用價(jià)值。
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