基于DSP和电压反馈的机器人多轴运动控制器的设计

1、基于dsp和电压反馈的机器人多轴运动控制器的设计 引言 对于控制技术，实时性和稳定性是讨论的重点。现阶段，机器人控制的主要办法是在离线状态下对步态举行规划，并在主控机上对机器人的运动举行实时的补偿，这种处理办法对处理器的运算速度和处理能力提出了很高的要求。传统的机器人控制器大多以80c196系列作为处理器，当采纳12mhz晶振时，其状态周期为167ns，机器周期为1ms，不能满足机器人控制的需要。芯片处理速度可以达到几纳秒，甚至更高，十分适合于机器人控制。因此，本文选用dsp来代替原有的单片机，同时借助底层反馈技术，设计出一种分布式机器人多轴运动控制器。控制系统结构与功能本机器人控制系统结构是

2、一个典型的“pc+运动控制器”模式，其中，主控计算机要求体积小、运算速度快，通常采纳工控机。主要负责囫囵系统的在线运动规划、动作级运动控制、语音交互控制、视觉导引控制以及人机交互等功能。底层控制单元以控制器为核心，采纳电压反馈的方式对各运动轴系举行控制，详细结构1所示。控制器和主控计算机通过can相连。这种通信方式降低了连线的复杂程度，提高了通信的速度，增加了系统的稳定性。此外，因为只用两根线举行通信，结构也非常灵便。控制器是囫囵控制系统的核心，通过接收主控计算机的控制指令对各关节执行轴系举行控制，同时把底层信息反馈给主控计算机，实现大回路反馈，以便于主控计算机协调规划，统一管理。控制器的控制

3、性能挺直关系到机器人的运动能力，本文特地设计了基于dsp和电压反馈的多轴运动控制器。控制器设计机器人的各种运动由各个关节轴系完成，每个轴系具有一个自由度，可以完成某一方向的转动任务，全部轴系同时协调工作就可以完成相对复杂的运动。本文讨论的全部轴系均由脉冲信号驱动控制。本多轴运动控制器结构2所示。囫囵控制器以dsp为核心，分为四大部分： dsp主处理器模块主要完成信息处理和各种控制功能;a/d转换模块为主处理器提供运动轴系的位置信息;外围完成电压监控、参数存储、电路译码、光电隔离等功能;通信模块负责与主控计算机举行信息交互。dsp主处理器模块dsp主处理器是囫囵控制器的核心，负责各种信息的处理，

4、同时与主控计算机举行通信，其运算速度、对信息的处理能力等方面挺直影响控制器的性能。本文选用的是ti公司的tms320lf2407a芯片，该产品集实时处理能力和控制器外设于一身，十分适用于工业控制。在本文设计的控制器中，tms320lf2407a 工作电压为3.3v、系统时钟为40mhz，数据总线与a/d转换模块相连，接收a/d转换结果;地址总线和控制总线与外围电路中的译码部分相连，完成各种译码和控制功能wm输出端口为运动轴系提供控制信号;通信接口与通信模块相连，负责与主控计算机交互信息;中断接口与译码电路相连，接受a/d转换结束信号触发的外部中断;复位接口衔接外部电路，当外部电压超出规定的范围

5、时复位主处理器;串行接口衔接外部存储器，从外部存储器中读取控制算法所需的参数。a/d转换模块外部电压把运动轴系的位置信息转换成电压信号，a/d转换模块通过对此电压信号举行a/d转换，为主处理器提供能够识别的数字信号。本文设计的a/d转换电路3所示。adg508a为8选1多路挑选器，对输入的多路电压举行挑选，选出一路电压送转换器。ad622为电压，同时具有滤波功能，可以把输入的-5v+5v电压放大到-12v+12v，以提高a/d转换的精度。ad976为16位a/d转换器，把放大后的电压转换成+5v数字信号。74lvth245为8位电平转换器，把+5v数字信号转换成主处理器能够接受的+3.3v数字

6、信号送tms320lf2407a，用法时需两块并联组成一个16位的电平转换器。外围电路模块外围电路模块主要负责控制器的电压监控、参数存储、电路译码、光电隔离等功能。其中，电压监控任务由外部看门狗电路完成，本文选用的是ds1834a芯片。此芯片可同时对电路板上+5v和+3.3v电压举行监控，电压平安范围可举行调整，还具有手动复位功能。假如电压超出平安范围，则在相应引脚产生低电平复位信号，直到电压复原正常后再经过350ms，复位引脚才复原高电平。若手动复位则两个复位引脚同时产生复位信号。dsp主处理器执行控制算法所需要的参数存放在外部存储器x25650中，dsp通过串行外设接口(spi口)模块与x

7、25650相连，从中读取需要的参数数据。电路译码功能由一块实现，主要功能包括为adg508a提供端口挑选信号、为ad976提供转换开头信号、为74lvth245提供输出访能信号、接收ad976转换结束信号并为dsp提供a/d转换结束中断信号、接收ds1834a的复位信号并为dsp提供复位脉冲信号等。光电隔离器件选用高速光耦6n137，主要是为控制器与外部环境提供隔离，包括pwm脉冲控制信号的隔离和通信的隔离。通信模块通信模块主要是与主控计算机举行通信，接收主控计算机的指令并为主控计算机提供须要的数据。因为tms320lf2407a内部带有can总线通信模块，所以只需外接一块can就可以与外界举

8、行通信。收发器选用的是sn65hvd230芯片，此芯片与传统can收发器pca82c250兼容，且支持3.3v电压，可挺直与tms320 lf2407a衔接。为提高通信质量，中间需用光耦举行隔离。控制流程与分析此控制器可同时为8路轴系提供控制功能，其工作流程4所示，图中虚线所包围部分的功能由控制器完成。详细工作过程为：系统开头运行并完成初始化工作;电压传感器把执行轴系的位置信息转换成电压信号;dsp主处理器向adg508a发送挑选信号，选通一路电压信号经放大器ad622放大后送ad976举行a/d转换。挑选哪一路电压由主处理器地址线经译码后对adg508a的端口挑选位举行控制，通常是八路轮番挑选。ad976的转换起始也由主处理器控制，转换结束时发出结束信号，经译码后提供应主处理器产生外部中断，主处理器在中断子程序中通过启动电平转换电路读取转换后的数据。ad976的最高转换速率为100ksps，此速率下，8路同时转换，每一路的转换速率为12.5ksps，彻低可以满足控制的需要。结语本文设计的控制器，采纳先选路、再放大、最后转换的方式为dsp主处理器提供需要的位置信息。囫囵控制器结构容易灵便，工作稳定牢靠，十分适用于