移動(dòng)機器人運動(dòng)控制器的設計

摘    要：本文研究了以TMS320LF2407 DSP為核心的移動(dòng)機器人運動(dòng)控制器的設計方案，介紹了主要的系統組成。本系統采用模塊化設計，硬件電路簡(jiǎn)潔，控制可靠。通過(guò)步進(jìn)電機的細分控制，改善了低速性能，以較低的成本滿(mǎn)足了移動(dòng)機器人運動(dòng)控制的性能要求。
關(guān)鍵詞：移動(dòng)機器人；TMS320LF2407；運動(dòng)控制；模塊設計

引言
運動(dòng)控制器是移動(dòng)機器人的執行機構，對系統平穩運行起著(zhù)重要作用。在機器人運動(dòng)控制器中，處理器件接受高層控制級的指令，計算和輸出多路控制信號，協(xié)調各驅動(dòng)輪，并對系統狀態(tài)進(jìn)行監控。因此要求處理器要有高速的運算能力和高度的可靠性。DSP芯片集實(shí)時(shí)處理和控制器外設于一身，精度高、體積小、運算速度快，同時(shí)具有多級流水線(xiàn)操作，容易實(shí)現復雜算法，為運動(dòng)控制器的開(kāi)發(fā)提供了理想的解決方案。
本文提出的移動(dòng)機器人運動(dòng)控制器的實(shí)現方案，以TI公司的定點(diǎn)DSP芯片TMS320LF2407為核心。利用步進(jìn)電機作為驅動(dòng)機構，DSP從上位機接收指令，控制步進(jìn)電機實(shí)現要求的動(dòng)作。系統以較低的成本滿(mǎn)足了控制要求。

運動(dòng)控制器的設計
機器人移動(dòng)平臺是一個(gè)六輪小車(chē)，兩側的前輪和中輪采用搖臂式結構，前輪與中輪間距小于車(chē)體寬度，易于轉向。機器人主控計算機是一臺PC機，作用融合各種信息，發(fā)出控制指令，進(jìn)行遠程監控；下位機是一臺工控機，固定在移動(dòng)車(chē)體上，負責接收主控計算機指令并分配給各子系統，同時(shí)把各種檢測信息反饋到PC機，兩者通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋進(jìn)行通信。運動(dòng)控制器接收下位機傳送的指令，計算各個(gè)電機的控制量、輸出控制脈沖、檢測各反饋信號并發(fā)送至下位機。六個(gè)車(chē)輪均為驅動(dòng)輪，控制時(shí)可簡(jiǎn)化為二輪情形。運動(dòng)控制器以L(fǎng)F2407為核心，主要模塊包括：控制脈沖輸出、檢測處理、通信接口、復位電路、I/O擴展和必要的外圍電路，基本結構如圖1所示。
控制脈沖輸出
本系統步進(jìn)電機為兩相混合式，步進(jìn)角為1.8?，配虧猃动器为SH-2H057M。驅動(dòng)器輸入信號有步進(jìn)脈沖信號CP、方向電平信號DIR、以及脫機信號FREE。OPTO是三路信號的公共陽(yáng)極。驅動(dòng)器撥位開(kāi)關(guān)的前3位用于設定細分數。
LF2407利用事件管理器(EVA、EVB)中的定時(shí)器中斷形成步進(jìn)脈沖。EVA通過(guò)定時(shí)器1，EVB通過(guò)定時(shí)器3分別輸出兩路步進(jìn)脈沖信號CP和方向信號DIR到各電機驅動(dòng)器?？刂茣r(shí)，LF2407根據上位機指令計算各驅動(dòng)電機轉速和方向，選擇回路內部分頻值，確定對應定時(shí)器的周期寄存器初值，然后計數器循環(huán)計數。當計數器的值與周期寄存器匹配時(shí)，即發(fā)生定時(shí)中斷，向對應I/O口輸出控制信號。如：車(chē)輪直徑為30cm，減速箱減速比為1:15，如設定電機驅動(dòng)器細分數為5，即步進(jìn)角為0.36?，染J笮〕抵畢咴碩俁任?5cm/s，則每秒鐘各電機所需的步進(jìn)脈沖數為15