基于A(yíng)RM核處理器的機器人手臂控制系統

近年來(lái)，隨著(zhù)MEMS及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，微機器人領(lǐng)域已越來(lái)越來(lái)受人關(guān)注。但由于零件的尺寸很小，微機器人組件的裝配需要很高的精確度，一般的裝配方法無(wú)法滿(mǎn)足要求。本文介紹了一個(gè)可進(jìn)行微零件裝配工作的機器人手臂控制系統的控制方法。 

1 系統結構

考慮到多機器人手臂的使用，整個(gè)機器人控制系統由上位機與多個(gè)下位機組成。下位機即是手臂控制器，每個(gè)下位機控制一個(gè)機械手臂的伸縮運動(dòng)。上位機即為控制終端，通過(guò)不同配件組裝方式生成每個(gè)手臂的位置數據，并通過(guò)數據線(xiàn)傳輸給各個(gè)下位機，由下位機控制手臂到達目標位置并進(jìn)行目標操作。整個(gè)系統的結構框圖如圖1所示。

 

1.1 機械結構

如圖2所示，手臂控制器的機械結構由直流減速電機、手臂、螺桿、減速齒輪、角度傳感器組成。機器人手臂與機械螺桿相連，螺桿與直流減速電機通過(guò)減速齒輪耦合，各個(gè)手臂控制器通過(guò)控制電機轉動(dòng)來(lái)達到控制手臂位置的目的。同時(shí)，手臂控制器具有手動(dòng)調節旋柄與螺桿相連，需要時(shí)可通過(guò)手動(dòng)調節，改變手臂位置。

 

1.2 電路結構

手臂控制器由使用ARM內核的PHLIPS LPC2138系列微處理器控制，電路結構主要分為主控制模塊、測量反饋模塊和通信模塊，如圖3所示。通過(guò)主控制模塊控制電機狀態(tài)，通過(guò)測量反饋模塊得到螺桿移動(dòng)距離和位置，在達到規定位置后停止電機。而通信模塊則完成與上位機之間的數據交換。

 

2 電機控制

電機控制由主控制模塊和測量反饋模塊共同完成。

2.1 主控制模塊

LPC2138引腳分配如表1所示。

 

主控制器使用PHLIPS LPC2138微處理器，其具有64個(gè)引腳，31個(gè)雙向I／O口，2個(gè)8路10們A／D轉換器，能夠進(jìn)行電壓測量的工作，符合設計要求，其引腳分配如表1所示。電機使用RA-20GM-SD3 型直流減速電機，其減速箱的減速比達到了1／1000，在減速后，電機轉速為4.5+／-0.9 rpm，在與1／2減速齒輪組進(jìn)一步耦合后，螺桿轉速為2.25 rpm，在所用螺桿齒距為1mm時(shí)，手臂移動(dòng)述牢為3.75