基于DSP的新型球形机器人控制器设计

1、    基于DSP的新型球形机器人控制器设计球形机器人是最近国内外比较热门的课题。无论是国内还是国外，都有不少成功的例子。作者在参考了众多的机器人实例后，提出了独特的球形机器人驱动机构，即并联驱动机构。相比以往的球形机器人驱动机构，该机构具有结构简洁、占用空间小的特点，但它的控制算法比较复杂，一般的单片机很难胜任。本文介绍的系统是以计算能力强的DSP为核心所设计的新形球形机器开环控制器。其相应的系统硬件电路、开环控制模型以及软件控制流程分述如球形机器人是最近国内外比较热门的课题。无论是国内还是国外，都有不少成功的例子。作者在参考了众多的机器人实例后，提出

2、了独特的球形机器人驱动机构，即并联驱动机构。相比以往的球形机器人驱动机构，该机构具有结构简洁、占用空间小的特点，但它的控制算法比较复杂，一般的单片机很难胜任。本文介绍的系统是以计算能力强的DSP为核心所设计的新形球形机器开环控制器。其相应的系统硬件电路、开环控制模型以及软件控制流程分述如下。1  驱动机构简介目前的球型机器人大都采用重力驱动，即通过某种机构改变整个系统的重心，从而使它按特定的方向运动。本文所设计的球形机器人也是依据这一原理，其结构简图如图1所示。该机器人有4个电机，每个电机带着一个偏心重块，按空间对称方式安装在球壳内部，并且D1、D2、D3、D4 4个电机的回转轴分别

3、都指向球心。每个电机都带角度传感器，用于测量电机的转角，分别如图中的S1、S2、S3、S4。当电机带动偏心重块转动至不同的位置时，整个系统的重心也会随之相应地改变。球体在新的重心作用下就会向特定的方向滚动。2  控制系统设计如图1的球形机器人系统控制电路的整体方案如图2所示。系统由带DSP的主控制板、采样电路、电机驱动电路、无线接收模块和无线发送模块组成。当主控制板通过无线收发模块接收到“启动”的命令字后，和采样电路、电机驱动电路协调工作，驱动系统重心至指定位置。2.1 主控制板简介为了保证控制电路的可靠性，加快系统的开发进度，系统采用上海迅特电子有限公司的目标板IMEZ2407作为

4、主控制板。该板是一个DSP的最小系统，其结构简图如图3所示。从图3可以看出，IMEZ2407主要解决TMS320LF2407的周边必备电路，如电源模块、晶振和PLL振荡电路、编程电源VCCP(接+5V或地)运行模式MP/MC选择的跳线、JTAG接口等。另外板上还带有1片64KB的SRAM，用作调试时的程序运行空间。调试完成后，再将程序烧入DSP的Flash程序存储器中。2.2 采样电路采样电路用来采集电机的转角信息。这里，角度传感器用无限旋转式的滑动变阻器。电位测量采用电阻桥方式。信号放大采用TI公司的INA321仪器放大器。采样、放大电路如图4所示。图中，R1R4取大电阻以降低测量电路的功耗，R5可以调节电阻桥使它达到平衡，R6用来微调放大器的放大倍数，S为角度传感器。根据INA321的数据资料，放大电路的放大倍数计算公式如下：A=5+5×(R6+R7)/R82.3 电机驱动电路系统所使用的电机为普通的直流电机，并带有减速器。电机参数为：额定电压：5V。额定电流：80mA。额定转速：60r/min。基于以上参数，作者选择了LG9110作为电机的驱动芯片。电机驱动电路如图5所示。图中INPUTA和INPUTB接到DSP的2个PWM输出口上。MORTOR+和MORTOR-接直流电机的二端。LG9110的逻辑关系如表1所示。当IA和IB分别