基于DSP的草莓采摘機器人關節(jié)控制器的研究.pdf

機械裝備 65 Mechanized Equipment2018 年 10 月下基于 DSP 的草莓采摘機器人關節(jié)控制器的研究陳澤眾(東南大學,江蘇 南京 210000）摘 要： 在當前的草莓采摘機器人研究過程中，其機器人自身的關節(jié)控制器是以 DSP 為基礎，將當前的永磁同步電機作為執(zhí)行電機，結合實際情況制定完善的三閉環(huán)位置伺服控制方案。同時將當前的直軸電樞電流矢量控制策略為基礎，進行合理的 DSP 運動控制器設計，滿足實際的需求?；诖耍髡呓Y合自身經(jīng)驗，對當前的基于 DSP 草莓采摘機器人關節(jié)控制器的研究進行詳細的分析，以供相關工作人員參考。關鍵詞： 草莓采摘機器人；關節(jié)控制器；矢量控制；運動控制中圖分類號： TP242 文獻標志碼： A 文章編號： 1672-3872（2018）20-0065-02 作者簡介： 陳澤眾 (1997-), 男，吉林長春人，本科，研究方向：機械設計。隨著時代不斷發(fā)展，科學技術不斷創(chuàng)新，促使當前國內外積極對現(xiàn)階段的草莓采摘機器人研究加強重視力度，并不斷進行分析研究，促使其滿足當前的需求。對當前的草莓采摘機器人而言，自身的核心是控制系統(tǒng)，并且受系統(tǒng)自身的性質影響，在實際的工作過程中，工作的性能與效果均受其控制系統(tǒng)影響，并且影響范圍較廣。1 對現(xiàn)階段的草莓采摘機器人關節(jié)控制器進行有效的方案選擇對當前的采煤采摘機器人而言，其消費的對象是當前的農戶，進而受此影響，要求其自身具有良好的價格。同時，促使其具有良好的反應速度，控制的精確度較高，具有良好的操作性與便捷性，只需要占用較小的空間，提升傳統(tǒng)的工作效率。以當前實驗的采摘機器人為例，其自身主要是由當前的視頻信號采集、結構主體、控制系統(tǒng)、處理系統(tǒng)以及人機界面組成，通過各部分的協(xié)調合作，滿足當前的需求。在草莓采摘機器人實際的運行過程中，首先利用當前的機器人視覺系統(tǒng)，對草莓的位置進行有效的確定，利用攝像機對草莓位置信號進行明確，經(jīng)過圖像處理，通過三維坐標，將待采摘的草莓的空間位置進行輸入，并標記在三維坐標中。明確其實際的坐標后，將當前的實際坐標進行上機輸入，滿足實際的需求；其次，根據(jù)原有的計算公式，促使上位機根據(jù)當前的實際坐標計算出草莓采摘機器人進行采摘時運行的最佳軌跡，保證其運動合理，明確實際的運動信號，將計算出的運動軌跡信號輸送至當前的控制器。通過控制器對各個環(huán)節(jié)的進行有效的控制，保證其有效的運行，進而末端進行合理的操作，實現(xiàn)草莓的采摘。1）控制系統(tǒng)。對當前的實驗課題而言，其實際研究的控制系統(tǒng)主要是以當前的PC機為主，利用其自身的優(yōu)勢，進行合理的分析，根據(jù)末端的執(zhí)行器對基于坐標的位姿進行明確，同時規(guī)劃其實際的運動過程，將當前的各關節(jié)位置指令值進行確定。將現(xiàn)有的DSP運動控制器進行底層控制，利用串口自身的性能，對當前的上機位置信號進行分析，并通過矢量控制，最終完成關節(jié)電機的合理控制。相對來說，在實際的控制過程中，由于其自身的性質影響，控制系統(tǒng)主要是以當前的三閉環(huán)位置伺服控制方案為基礎，充分發(fā)揮出其自身的性能，在不斷發(fā)展過程中，提升其控制的精度，為機器人的順利采摘奠定良好的基礎，滿足實際的需求，準確找到采摘的位置。例如，以實際的案例為例，利用當前的永磁鋼對現(xiàn)階段的普通同步電機的勵磁繞組進行取代，從而提升永磁同步電機自身的性能，在不斷發(fā)展過程中，優(yōu)化整個流程，保證其自身具有動態(tài)響快、結構簡單以及定位準確等，提升工作效率1。2）芯片。以當前實際的芯片為例，該芯片自身具有良好的專用外設，靈活應用當前的集成技術，促使其具有良好的結構，利用當前的流水線操作指令，進行特殊的DSP指令輸出，保證其質量符合要求。利用其自身的優(yōu)勢，可以有效地促使當前芯片局具有較強的高質量，高速進行計算與處理，盡管將數(shù)據(jù)進行合理的分析，實現(xiàn)最終的控制，為草莓采摘機器人的實際運行奠定良好的基礎。例如，當前應用較為普遍的 TMS320LF2407A 型 DSP 芯片，可以有效的實現(xiàn) Clarke 變換、park逆變換以及park變換。對現(xiàn)階段的直軸電樞電流為零的控制策略，保證其在實際的控制過程中，其自身的控制電流為零，滿足實際的需求。對實際的定子電流來說，受其自身的性質影響，只有交軸分量，并且在定子磁動勢空間中，矢量與其永磁體自身的出廠空間矢量進行正交，導致實際的發(fā)動機中，只有永磁轉矩分量，交軸電樞電流與電磁轉矩之間的幅值為正比，進而在進行轉矩控制過程中，其大小實際上可以進行控制，滿足實際的需求。2 現(xiàn)階段基于 DSP 的草莓采摘機器人關節(jié)控制器硬件結構設計分析對現(xiàn)階段的實際控制來說，受其機器人自身的性質影響，在進行矢量控制過程中，應保證其自身通過合理的控制方式進行。例如，以實際的案例為例，現(xiàn)階段主要是通過當前的DSP芯片自身的事件管理器為基礎，將其具有的脈寬調制信號進行合理的控制，進而保證其自身的晶體管的開關與閉合得到有效的控制，以滿足實際的需求，進而實現(xiàn)對電機的控制。對當前的芯片來說，其自身只具有兩個事件管理器，進而受其影響，只能同時對當前的兩個伺服電機進行控制，實現(xiàn)控制的目的。基于此，應將一個芯片增加至兩個，進而實現(xiàn)控制四個伺服電機，滿足實際的需求。1）進行合理的電源轉換電路設計。以實際的案例為例，在該實驗設計中，主要是利用當前的TPS76833QPWP元件作為當前的本驅動控制板，進而為DSP芯片提供合理的電壓，滿足實際的需求。同時，結合實際情況，對現(xiàn)階段的DSP電源進行合理的設計，為滿足其實際的功能，對電源進行陶瓷電容的增加，從根本上提升系統(tǒng)自身的性能，保證系統(tǒng)穩(wěn)定的運行。對DSP來說，受其自身的性質影響，想要保證其正常運行，充分發(fā)揮出自身的功能，應為其提供良好的時鐘電路，以實際系統(tǒng)為例，在該系統(tǒng)中工作人員將DSP1的時鐘進行選擇，選擇當前的15MHz的晶體振蕩器，并靈活利用當前的內部鎖相環(huán)，通過設置當前的PLL倍頻系數(shù)，改變原有的工作時鐘，將其轉變?yōu)?0MHz的時鐘。與此同時，在進行DSP2時鐘設計時，直接將當前的DSP1輸出的CPU始終作為其時鐘，以滿足實際的需求，并選擇RC復位電路作為復位電路進行使用2。66機械裝備 Mechanized Equipment 2018 年 10 月下2）設計合理的存儲器擴展電路。依舊以上述的實驗為例，在進行設計過程中，該實驗的存儲器芯片主要是以當前的 IS63LV1024-10J 為主，并選擇 128K×8 的高速靜態(tài) RAM 作為芯片，選擇數(shù)量為2，構成現(xiàn)階段的128K×16位的存儲空間，滿足實際的需求。當前的DSP1的數(shù)據(jù)引腳接入IS63LV1024-10J的A16中，并將其分為數(shù)據(jù)空間與程序空間兩種，例如，實際的數(shù)據(jù)區(qū)則是以當前的RAM前64K字，而程序空間則是以當前的RAM后64K為主，同時，在進行DSP2時，則以同樣的方式進行。對當前的JATG仿真接口和RSZ接口來說，在進行設計過程中，首先應以實際的電路板設計為基礎，結合實際的要求，對現(xiàn)階段的調試仿真接口進行設計。同時，還需要設計梁海的異步串行接口，利用其自身的優(yōu)勢性能，實現(xiàn)最終的轉換，主要是MAX232芯片完成5一VTTL/CMOS電平至iRS232電平的轉換，提升其自身的串行通訊功能。3）進行合理的功率放大模塊隔離電路設計。對實際設計的控制系統(tǒng)來說，在進行驅動電路設計時，主要采用現(xiàn)階段的ACPM750E集成化功率模塊，同時保證其自身的開關頻率達到實際的要求，通常情況下，其頻率可達24kHz。對于編碼器接口來說，其帶有增量，并帶有直流母線的電壓反饋信號接口，具備良好的超溫、短路、接地以及過壓過流保護功能，滿足實際的需求。DSP芯片自身的事件管理器具有良好的輸出脈寬調制信號，在運行過程中，需要保證在智能功率模塊進入的前期對通過的高速光耦進行隔離，甚至在電機的三相電壓輸出前也進行有效的隔離。3 現(xiàn)階段草莓采摘機器人關節(jié)控制器軟件設計分析對現(xiàn)階段的草莓采摘機器人來說，其自身設計的控制系統(tǒng)可以分為兩部分軟件，一部分為后臺運動控制函數(shù)；另一部分為前臺人機交互操作控制。相對來說，兩部分在實際的運行過程中，需要相互協(xié)調合作，進而滿足實際的需求。例如，對后臺操作軟件來說，在實際的運行過程中，應靈活的利用當前的C語言編寫程序，制定合理的控制庫函數(shù)，為后續(xù)的控制奠定良好的基礎。而對前臺的軟件控制來說，應合理利用當前的C+語言進行合理的分析，并進行有效的軟件開發(fā)，通過相互合作，滿足實際的需求3。1）進行合理的操作平臺設計?，F(xiàn)階段的操作平臺通常是Windows XP，并以此為基礎，進行有效的分析，靈活進行軟件開展，在不斷地發(fā)展過程中，優(yōu)化其主要的功能，滿足當前的需求。例如，當前的操作平臺自身具有大量的功能常用控件，如機器人的起動、機器人的停止、控制系統(tǒng)的參數(shù)調節(jié)、各關節(jié)的控制、位置信息顯示等，利用其各方面的調節(jié)，促使DSP與PC機之間進行合理的調節(jié)，以滿足實際的需求。2）進行有效的上位機程序設計。對當前的上位機來說，其主要是以當前的PC機為基礎，根據(jù)明確的末端執(zhí)行器自身的基坐標系，對實際的運動過程中各關節(jié)的電動機位置指令進行有效的規(guī)劃，例如限位、回零、圓弧插補、直線以及自動加減控制等函數(shù)，滿足實際的需求。對現(xiàn)階段的DSP控制器程序來說，其自身主要包含的文件程序有三種，如定義寄存器的文件、配置系統(tǒng)存儲檔案以及命令系統(tǒng)文件等，而相對來說，其自身的系統(tǒng)主程序主要包括對外的初始化，并包含中斷允許設置，滿足實際的需求。4 結束語綜上所述，在當前的時代背景下，草莓采摘機器人研究逐漸被重視，并迎合當前需求，積極進行創(chuàng)新，以滿足當前的需求。對農戶而言，采摘草莓機器人主要的目的是提升當前的工作效率，因此，必須促使其具有采摘速度快、價格合理、占用空間小等優(yōu)點，提升其設計效果。參考文獻：1 戴劉江 , 張鐵中 , 楊麗 . 基于 DSP 的草莓采摘機器人關節(jié)控制器的研究 J. 中國科技論文在線 ,2007(3):231-234.2 毛春利 . 基于 DSP 和 FPGA 的四關節(jié)實驗室機器人控制器的研制J. 中南大學 ,2005.3 樊繼壯 , 趙杰 , 王賓瑞 , 等 . 基于 DSP 的三肢體機器人關節(jié)控制器設計 J. 機械設計與制造 ,2007(2):112-114.（收稿日期： 2018-9-10）中國糧油學會會刊國家糧食和物資儲備局標準質量中心支持期刊中國學術期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計源期刊中國核心期刊（遴選）數(shù)據(jù)庫收錄期刊中國期刊全文數(shù)據(jù)庫全文收錄期刊中文科技期刊數(shù)據(jù)庫收錄期刊臺灣華藝 CEPS 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