本發(fā)明涉及一種基于DSP平臺的排爆機(jī)械臂控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

排爆機(jī)器人是針對公安、航空、軍事、礦井等危險(xiǎn)、重要、有害環(huán)境下應(yīng)用的特種作業(yè)機(jī)器人，它不受任何外界電磁干擾，可以代替人在危險(xiǎn)、重要、有害環(huán)境中進(jìn)行觀察、檢查、搬運(yùn)、清理、操作及安放特殊裝置，用以保證人員的安全、健康。由于科技含量較高，排爆機(jī)器人往往“身價(jià)”不菲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于DSP平臺的排爆機(jī)械臂控制系統(tǒng)，以DSP為中央處理核心，用6個(gè)伺服電機(jī)配合鋁制合金搭建機(jī)械臂硬件結(jié)構(gòu)，利用DSP增強(qiáng)型PWM模塊驅(qū)動伺服電機(jī)，上位機(jī)采用PC機(jī)進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)了串口測試軟件向SCI模塊發(fā)送指令的功能，從而控制機(jī)械臂，仿生模仿人手的各類運(yùn)動。該控制系統(tǒng)精度高，調(diào)節(jié)快，該機(jī)械臂有的承重能力，能準(zhǔn)確握緊危險(xiǎn)品并放于隔離箱中。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：所述控制系統(tǒng)利用上位機(jī)向DSP發(fā)送指令，驅(qū)動機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)6個(gè)關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動。DSP通過地址數(shù)據(jù)總線和FPCA連接，進(jìn)而控制驅(qū)動部分。驅(qū)動部分為8個(gè)直流電機(jī)，以履帶形式走動，驅(qū)動部分前端含超聲波測距模塊及無線視頻采集模塊，能夠識別前方是否有障礙物。

所述控制系統(tǒng)中，TMS320 F28335擁有浮點(diǎn)數(shù)處理單元，6個(gè)直接存儲器訪問DMA通道，12個(gè)PWM輸出通道，6個(gè)高精度PWM通道，3個(gè)SCI通信模塊，12個(gè)可配置外部中斷，處理能力比F2812更強(qiáng)，對于復(fù)雜的運(yùn)動控制排爆機(jī)器臂而言，DSP選擇F28335更為合適。

所述控制系統(tǒng)利用EPWM1A-EPWM6A產(chǎn)生6路PWM脈沖信號，完成對機(jī)械臂6個(gè)關(guān)節(jié)的控制。6個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)采用舵機(jī)(伺服電機(jī))驅(qū)動，設(shè)計(jì)目標(biāo):機(jī)械臂總長度為400mm，手爪能夠抓起500g的物品，工作電流1~3A,精度控制在1°以內(nèi)。

所述控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的相關(guān)參數(shù)選擇控制方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)場控制模塊將采集到的數(shù)據(jù)通過總線實(shí)時(shí)地發(fā)送給主控機(jī)，主控機(jī)的決策軟件根據(jù)上報(bào)數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，并向各控制模塊傳輸控制量，指示相關(guān)機(jī)構(gòu)動作。機(jī)械臂由6路伺服電機(jī)驅(qū)動，控制器為TM 5320 F28335。該控制器帶有SCI模塊，允許使用NRZ協(xié)議進(jìn)行串行通訊，因此可以直接通過SCI模塊與主控機(jī)通訊。直流伺服電機(jī)是一種將輸入信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸上的角位移或角速度來執(zhí)行控制任務(wù)的直流電機(jī)，其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向隨輸入信號的變化而變化，并具有一定的負(fù)載能力，在各類自動控制系統(tǒng)中廣泛用作執(zhí)行元件。直流伺服電機(jī)具有響應(yīng)迅速、精度和效率高、調(diào)速范圍寬、負(fù)載能力大、控制特性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。

所述控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境為CCS3.3系統(tǒng)，硬件平臺為TI公司的TMS320 F28335型數(shù)字信號處理器。與以往的定點(diǎn)DSP相比，該器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外設(shè)集成度高，數(shù)據(jù)以及程序存儲量大，A/D轉(zhuǎn)換更精確快速等。

本發(fā)明的有益效果是：該控制系統(tǒng)以DSP為中央處理核心，用6個(gè)伺服電機(jī)配合鋁制合金搭建機(jī)械臂硬件結(jié)構(gòu)，利用DSP增強(qiáng)型PWM模塊驅(qū)動伺服電機(jī)，上位機(jī)采用PC機(jī)進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)了串口測試軟件向SCI模塊發(fā)送指令的功能，從而控制機(jī)械臂，仿生模仿人手的各類運(yùn)動。該控制系統(tǒng)精度高，調(diào)節(jié)快，該機(jī)械臂有的承重能力，能準(zhǔn)確握緊危險(xiǎn)品并放于隔離箱中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的機(jī)械臂設(shè)計(jì)方案圖。

圖2是本發(fā)明的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)圖。

圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1，控制系統(tǒng)利用上位機(jī)向DSP發(fā)送指令，驅(qū)動機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)6個(gè)關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動。DSP通過地址數(shù)據(jù)總線和FPCA連接，進(jìn)而控制驅(qū)動部分。驅(qū)動部分為8個(gè)直流電機(jī)，以履帶形式走動，驅(qū)動部分前端含超聲波測距模塊及無線視頻采集模塊，能夠識別前方是否有障礙物。

控制系統(tǒng)中，TMS320 F28335擁有浮點(diǎn)數(shù)處理單元，6個(gè)直接存儲器訪問DMA通道，12個(gè)PWM輸出通道，6個(gè)高精度PWM通道，3個(gè)SCI通信模塊，12個(gè)可配置外部中斷，處理能力比F2812更強(qiáng)，對于復(fù)雜的運(yùn)動控制排爆機(jī)器臂而言，DSP選擇F28335更為合適。

,控制系統(tǒng)利用EPWM1A-EPWM6A產(chǎn)生6路PWM脈沖信號，完成對機(jī)械臂6個(gè)關(guān)節(jié)的控制。6個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)采用舵機(jī)(伺服電機(jī))驅(qū)動，設(shè)計(jì)目標(biāo):機(jī)械臂總長度為400mm，手爪能夠抓起500g的物品，工作電流1~3A,精度控制在1°以內(nèi)。

如圖2，根據(jù)設(shè)定的相關(guān)參數(shù)選擇控制方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)場控制模塊將采集到的數(shù)據(jù)通過總線實(shí)時(shí)地發(fā)送給主控機(jī)，主控機(jī)的決策軟件根據(jù)上報(bào)數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，并向各控制模塊傳輸控制量，指示相關(guān)機(jī)構(gòu)動作。機(jī)械臂由6路伺服電機(jī)驅(qū)動，控制器為TM 5320 F28335。該控制器帶有SCI模塊，允許使用NRZ協(xié)議進(jìn)行串行通訊，因此可以直接通過SCI模塊與主控機(jī)通訊。直流伺服電機(jī)是一種將輸入信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸上的角位移或角速度來執(zhí)行控制任務(wù)的直流電機(jī)，其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向隨輸入信號的變化而變化，并具有一定的負(fù)載能力，在各類自動控制系統(tǒng)中廣泛用作執(zhí)行元件。直流伺服電機(jī)具有響應(yīng)迅速、精度和效率高、調(diào)速范圍寬、負(fù)載能力大、控制特性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。

如圖3，控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境為CCS3.3系統(tǒng)，硬件平臺為TI公司的TMS320 F28335型數(shù)字信號處理器。與以往的定點(diǎn)DSP相比，該器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外設(shè)集成度高，數(shù)據(jù)以及程序存儲量大，A/D轉(zhuǎn)換更精確快速等。

利用DSP的EPWM模塊，可以產(chǎn)生周期為20ms的周期性脈沖，并且通過調(diào)節(jié)CMPA的值改變輸入正脈沖寬度，從而實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的0°~180°的轉(zhuǎn)動，令機(jī)械臂6個(gè)關(guān)節(jié)能夠按照設(shè)計(jì)要求運(yùn)動。利用DSP的SCI模塊，上位機(jī)向SCI發(fā)送指令，SCI模塊接收到指令后送DSP處理，再送EPWM模塊。串行通信接口SCI是一個(gè)采用發(fā)送、接收雙線制的異步串行通信接口，即UART口，它支持16級的接收發(fā)送FIFO，從而降低了串口通信時(shí)CPU的開銷。SCI模塊支持CPU和其他使用NRZ的外圍設(shè)備之間的數(shù)字通信。為了保證數(shù)據(jù)的完整，SCI模塊對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行間斷檢測、奇偶校驗(yàn)、超限檢測以及錯誤檢測。通過對16位的波特率控制寄存器進(jìn)行編程，可以配置不同的SCI通信速率。增強(qiáng)型SCI的主要特點(diǎn)是自動波特率檢測和16級發(fā)送/接收FIFO。發(fā)送和接收緩沖器增加了兩個(gè)16級的FIFO，并且都能產(chǎn)生CPU中斷。無論什么時(shí)候發(fā)送的FIFO狀態(tài)位(TXFFST)與中斷觸發(fā)級別位(TXFFIL)相匹配，都能產(chǎn)生一個(gè)中斷觸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)可編程的中斷觸發(fā)。

系統(tǒng)初始化完成PLL鎖相環(huán)、看門狗及外設(shè)時(shí)鐘設(shè)置，清除所有中斷并初始化PIE向量表，把6路EPWM配置為外設(shè)引腳模式，把SCI設(shè)置為FIFO模式，打開串口中斷，用串口中斷接收到的數(shù)據(jù)來更新6路EPWM的CMPA。