一種基于dsp2811的可重構機器人模塊系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于DSP2811的可重構機器人模塊系統(tǒng)，這種模塊具有很好的普適性，還需要具有一定的智能特性。通過外界組合成不同的構形，能夠完成不同的任務。本實用新型采用DSP作為核心運算器件，由DSP主控制器、光電隔離模塊、相對式光電編碼器、驅動模塊、CAN模塊、霍爾元件以及隔離電源組成。相對式的光電編碼器作為反饋，并將光電編碼器輸出的脈沖信號進行分壓處理，采用LMD18200作為驅動芯片，將電機圈貼上磁鐵，用霍爾元件作為反饋，采用CAN總線作為通信。
【專利說明】一種基于DSP2811的可重構機器人模塊系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種機器人【技術領域】的系統(tǒng)，特別涉及一種嵌入式可重構機器人模塊系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]可重構機器人一般是指由若干具備一定自治能力和感知能力的模塊組成，各個模塊之間具有統(tǒng)一的接口環(huán)境，可用于傳遞力、運動、能量和通信等。通過模塊之間的連接、斷開操作以及相互運動，可重構機器人能夠自動改變整體構形，擴展運動形式，進而完成多種運動及操作任務。
[0003]可重構機器人的研宄需要先進的力學分析，優(yōu)秀的機械和電子設計，先進的控制策略等，是一個交叉綜合的研宄方向。它的重大突破將帶動計算機技術、微電子技術、通信技術、力學分析與建模和智能控制技術等的發(fā)展，科研意義重大。國外研制出了許多樣機，走在了這個領域的前面。國內僅僅在理論研宄方面有所成果，很少有個人或單位做出樣機來進行試驗。通過國外的應用情況來看，可重構機器人技術可以應用在航天、軍事、核工業(yè)、流水生產(chǎn)以及高危作業(yè)等諸多領域，所以該研宄不僅能夠填補國內與國外的技術差距，更具有深刻的應用價值和市場前景。
[0004]跟傳統(tǒng)工業(yè)機器人相比，可重構機器人具有易于維護，適應能力強，成本低，功能多的特點，這讓它很適于新時代的生產(chǎn)要求。然而，在可重構模塊化機器人不斷發(fā)展的前提下，卻很少有一個能夠適用的可重構、模塊化的控制系統(tǒng)。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是提供一種實際的可重構機械模塊系統(tǒng)，這種模塊具有很好的普適性，還需要具有一定的智能特性。通過外界組合成不同的構形，能夠完成不同的任務。
[0006]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007]本實用新型采用DSP作為核心運算器件，由DSP主控制器、光電隔離模塊、相對式光電編碼器、驅動模塊、CAN模塊、霍爾元件以及隔離電源組成。
[0008]首先電源我們采用隔離電源，在將24V轉為5V的同時，將電機地和數(shù)字地進行第一次隔離，將隔離后的5V輸入給5V的元器件，如光電編碼器等。將DSP輸出PWM信號，剎車信號和方向信號做第二次隔離。相對式的光電編碼器作為反饋，并將光電編碼器輸出的脈沖信號進行分壓處理，采用LMD18200作為驅動芯片，將電機圈貼上磁鐵，用霍爾元件作為反饋，采用CAN總線作為通信。
[0009]電源模塊是整個系統(tǒng)的基石，因為DSP對電壓的穩(wěn)定性要求很高，并且需要3.3V，1.8V分別供電，整個系統(tǒng)還需要5V和24V供電。采用具有隔離功能的WRB2405CS這款直流-直流模塊，它具有隔離功能，能夠將24V直流轉化為5V直流，額定功率31
[0010]驅動模塊:驅動采用LMD18200芯片(U2_3)，最高耐壓值是55V，峰值電流6A，而正常的工作電流高達3A求。只需要一路PWM信號，這款芯片具有剎車信號輸入和轉向控制信號輸入，只要給高電平或低電平就能控制電機的轉向和剎車。C2_3_2的一端和U2_3的I腳相連，另一端和U2_3的2腳相連。U2_3的2腳還和OUTl相連。U2_3的3腳、4腳、5腳分別和SDIR、SBRAKE, SPWMl相連。U2_3的6腳和24V電源相連。C2_3_l 一腳和U2_3的11腳相連，另一端U2_3的10腳相連，U2_3的10腳與0UT2相連。U2_3的9腳懸空，R2_3_l的一腳和U2_3的8腳相連，另一端和U2_3的7腳一起連接到QDGND。
[0011]底層控制算法流程:光電編碼器輸出脈沖信號進入DSP的相關管腳，由DSP的T4計數(shù)器進行計數(shù)。因為我們使用的電機帶有512:1的減速箱，也就是說電機轉一圈，經(jīng)過減速比，經(jīng)過減速箱輸出只有360° /512=0.703125°，所以需要另一個計數(shù)器來計電機所轉動的圈數(shù)。使用T3計數(shù)器中斷來計電機的圈數(shù)，T3與T4一起在單位時間內計數(shù)就可以得到電機的實際轉速，作為速度閉環(huán)PID的反饋值。角速度經(jīng)過積分可以的到角度值，作為角度閉環(huán)PID的反饋值。使用Tl的比較器功能作為PWM輸出比較器。CPU定時器中斷O中寫入控制算法，通過設置CPU定時器O的頻率便可以設置整個系統(tǒng)的控制周期。
[0012]本實用新型的優(yōu)點和效果:
[0013](I)本實用新型采用TMS320F2811采用哈佛總線結構，各個存儲空間可以獨立訪問，程序總線和數(shù)據(jù)總線分離，使數(shù)據(jù)的處理效率提升了一倍，提高了整個系統(tǒng)的處理速度。
[0014](2)本實用新型中的搭建這個模塊化機械臂，能夠對學界新提出的一些構形求解方法進行實驗驗證。如果成本能夠壓得足夠低，輸出力矩足夠大，那這種機器人還可以應用在工業(yè)界的自動生產(chǎn)中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為單模塊系統(tǒng)組成圖。
[0016]圖2為電源模塊原理圖。
[0017]圖3為驅動電路原理圖。
[0018]圖4為底層控制程序結構框圖。

【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述:
[0020]結合圖1，圖1為單模塊系統(tǒng)組成圖。本實用新型采用DSP作為核心運算器件，由DSP主控制器、光電隔離模塊、相對式光電編碼器、驅動模塊、CAN模塊、霍爾元件以及隔離電源組成。
[0021]首先電源我們采用隔離電源，在將24V轉為5V的同時，將電機地和數(shù)字地進行第一次隔離，將隔離后的5V輸入給5V的元器件，如光電編碼器等。將DSP輸出PWM信號，剎車信號和方向信號做第二次隔離。相對式的光電編碼器作為反饋，并將光電編碼器輸出的脈沖信號進行分壓處理，采用LMD18200作為驅動芯片，將電機圈貼上磁鐵，用霍爾元件作為反饋，采用CAN總線作為通信。
[0022]結合圖2，圖2為電源模塊原理圖。電源模塊是整個系統(tǒng)的基石，因為DSP對電壓的穩(wěn)定性要求很高，并且需要3.3V，1.8V分別供電，整個系統(tǒng)還需要5V和24V供電。采用具有隔離功能的WRB2405CS這款直流-直流模塊，它具有隔離功能，能夠將24V直流轉化為5V直流，額定功率3W。
[0023]結合圖3，圖3為驅動電路原理圖。驅動模塊:驅動采用LMD18200芯片(U2_3)，最高耐壓值是55V，峰值電流6A，而正常的工作電流高達3A求。只需要一路PWM信號，這款芯片具有剎車信號輸入和轉向控制信號輸入，只要給高電平或低電平就能控制電機的轉向和剎車。C2_3_2的一端和U2_3的I腳相連，另一端和U2_3的2腳相連。U2_3的2腳還和OUTl相連。U2_3的3腳、4腳、5腳分別和SDIR、SBRAKE, SPWMl相連。U2_3的6腳和24V電源相連。C2_3_l 一腳和U2_3的11腳相連，另一端U2_3的10腳相連，U2_3的10腳與0UT2相連。U2_3的9腳懸空，R2_3_l的一腳和U2_3的8腳相連，另一端和U2_3的7腳一起連接到QDGND。
[0024]結合圖4，圖4為底層控制程序結構框圖。底層控制算法流程:光電編碼器輸出脈沖信號進入DSP的相關管腳，由DSP的T4計數(shù)器進行計數(shù)。因為我們使用的電機帶有512:1的減速箱，也就是說電機轉一圈，經(jīng)過減速比，經(jīng)過減速箱輸出只有360° /512=0.703125°，所以需要另一個計數(shù)器來計電機所轉動的圈數(shù)。使用T3計數(shù)器中斷來計電機的圈數(shù)，T3與T4一起在單位時間內計數(shù)就可以得到電機的實際轉速，作為速度閉環(huán)PID的反饋值。角速度經(jīng)過積分可以的到角度值，作為角度閉環(huán)PID的反饋值。使用Tl的比較器功能作為PWM輸出比較器。CPU定時器中斷O中寫入控制算法，通過設置CPU定時器O的頻率便可以設置整個系統(tǒng)的控制周期。
【權利要求】
1.一種基于DSP2811的可重構機器人模塊系統(tǒng)，其特征在于:所述模塊系統(tǒng)采用DSP作為核心運算器件，由DSP主控制器、光電隔離模塊、相對式光電編碼器、驅動模塊、CAN模塊、霍爾元件以及隔離電源組成；電源采用隔離電源，在將24V轉為5V的同時，將電機地和數(shù)字地進行第一次隔離，將隔離后的5V輸入給5V的元器件。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于DSP2811的可重構機器人模塊系統(tǒng)，其特征在于:電源采用WRB2405CS直流-直流模塊。
【文檔編號】B25J9/16GK204235552SQ201420522933
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權日:2014年9月12日
【發(fā)明者】李相武, 王瑛, 李忠喜 申請人:哈爾濱恒譽名翔科技有限公司