浆果采摘机械手行为节制嵌入式研究

 

　　本节制系统采用ARM(Advanced RISC Machine)微措置器，其与单片机和DSP 等对比具有很强的通用性，以其高速度、高性价比和低功耗等利益被普遍应用于各个规模。

　　1 节制系统功能要求

　　浆果采摘机械人的首要执行部门———机械手分为手臂和手腕两部门。机械手若何遁藏障碍物并能切确达到果实方针的位置是由机械手的自由度抉择的，凡是机械手在空间的位置和行为规模首要取决于手臂部门的自由度，为了使机械手能够达到空间的任一指定位置，其手臂部门至少应具有3 个自由度。手腕部门自由度主若是用来调整结尾执行器在空间的姿态，为了使结尾执行器在空间也能取得肆意要求的姿态,在理论上要求手腕部门也应具有3 个自由度。

　　节制系统的使命是从上位机接管指令，驱动各自由度所对应的电机，从而使采摘机械手达到指定位置进行功课。

　　2 节制系统硬件设计

　　机械人节制系统一般需要知足以下几个根基要求。

　　①节制系统的小型化、轻型化和模块化;

　　②节制系统的实时性;

　　③系统的不变性和开放性。

　　为此将本节制系统设计成由主节制模块、驱动模块和反馈模块三部门组成。

　　2.1 主节制模块设计

　　为了能够知足机械人节制需求，同时兼顾机械人对节制器体积、重量、功耗等敏感特征的要求，主节制模块采用Samsung 公司基于ARM920T 核(合用于实时情形) 的低功耗、16/32bit、高机能的RISC 微措置器S3C2410，其主频为266MHz。操作系统则选用源码公开、专为ARM 设计，靠得住性高的实时、多使命内核arm-Linux。要使微措置器能够正常工作，必需对其外围进行扩展。

　　电源模块负责为整个模块供给不变、清洁的直流电源。JTAG 调试单元用来实现轨范的在线调试。串行通信模块则经由过程RS232 通信尺度实现主节制模块与上位机的通信。为使系统能够运行较年夜的轨范(如LINUX内核和文件系统)，在微措置器外围扩展了32M 字节的SDRAM 内存芯片。扩展了16M 字节的FLASH 芯片作为轨范和数据的存储设备，以保证失踪电时轨范和数据不会丢失踪。

　　2.2 驱动模块设计

　　本机械人系统采用直流电机节制，电机驱动芯片选用ST 公司的L298。L298 是ST 公司出产的一种高电压、年夜电流电机驱动芯片。该芯片的首要特点是工作电压高，输出电流年夜，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A;内含两个H 桥的高电压年夜电流全桥式驱动器，可用来驱动直流电念头、步进电念头、继电器和线圈等感性负载;采用尺度TTL 逻辑电平旌旗灯号节制;具有两个使能节制端，在不受输入旌旗灯号影响的情形下许可或禁止器件工作;有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部门在低电压下工作;可外接检测电阻，将转变量反馈给节制电路。

　　2.3 反馈模块设计

　　本系统的电机使用光电编码器进行测速。光电编码器具有低惯量、低噪声、高分辩率和高精度等特点，适合于节制直流电机。将编码器发生的脉冲旌旗灯号经变换获得电念头速度用于速度反馈形成速度闭环，同时可以对脉冲旌旗灯号进行计数和运算，从而获得采摘机械手的位置和速度。

　　3 节制系统软件设计

　　节制系统中节制使命的实现由应用轨范来完成，应用轨范设计的口角将直接抉择整个系统的节制质量和节制效率。为了更好地进行系统调试以及功能扩展，节制系统软件也采用了模块化结构设计。系统主轨范首要分为初始化模块和运行模块两年夜部门。

　　3.1 初始化模块

　　初始化模块需要完成的工作是：异常向量表界说、仓库初始化、系统变量初始化、间断系统初始化、I/O 初始化和外围初始化等操作。

　　3.2 运行模块

　　运行模块经由过程间断形式进行，搜罗测速模块、PID节制模块和PWM 波输出模块。首要工作流程为：首先判定是否有新的速度指令，若有，则判定出速度巨细和标的目的，并将其转换成轨范中划定的统一形式，以便利进行PID 节制;然后判定是否有新的传感器反馈值，若有，则计较出电机的速度巨细，并执行电机的PID 节制轨范，接着挪用电机驱动轨范，改变PWM 占空比，输出PWM 波，实现电机的速度节制。

　　4 竣事语

　　基于ARM 的行为节制系统是浆果采摘机械人系统的一个主要组成部门。ARM 微措置器机能好、功耗低、体积小、移植性较好。以ARM 微措置器为焦点的行为节制系统可以经由过程硬件平台的改良和进级、软件算法的再生和模块化使整个节制系统具备可移植性，具有必然应用价值。