基于STM32F107的搬運(yùn)機(jī)器人電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人的前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)和后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制要求，采用以Cortex-M3為內(nèi)核的STM32F107作為主控制器，采用嵌入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS-II，將程序分成啟動(dòng)任務(wù)、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制任務(wù)、舵機(jī)控制任務(wù)等相對(duì)獨(dú)立的多個(gè)任務(wù)，并設(shè)定了各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。該系統(tǒng)能較好地實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。
關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)器人；STM32F107；運(yùn)動(dòng)控制；μC／OS-II；任務(wù)調(diào)度

引言
隨著人工成本的不斷升高，用機(jī)器人代替人力去做一些重復(fù)性的高強(qiáng)度的勞動(dòng)是現(xiàn)代機(jī)器人研究的一個(gè)重要方向。搬運(yùn)機(jī)器人在導(dǎo)航尋跡中，需要后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)和前輪舵機(jī)的協(xié)調(diào)工作。搬運(yùn)機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)有其特殊的應(yīng)用要求，對(duì)電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，能在任意時(shí)刻到達(dá)控制需要的指定位置并且使舵機(jī)停止在任意角度；電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩變化范圍大，既有空載平整路面行使的高速度、低轉(zhuǎn)矩工作環(huán)境，也有滿負(fù)載爬坡的運(yùn)行工況，同時(shí)還要求保持較高的運(yùn)行效率。根據(jù)以上的技術(shù)要求，本文選用了控制技術(shù)成熟，易于平滑調(diào)速的直流電機(jī)作為搬運(yùn)機(jī)器人的執(zhí)行饑構(gòu)。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
1．1 機(jī)器人電機(jī)控制器硬件結(jié)構(gòu)
主控制器采用Cortex-M3內(nèi)核的STM32F107?？刂破鲀?nèi)部共有8個(gè)定時(shí)器，其中TIM1_CH1和TIM8_CH1為高級(jí)控制定時(shí)器引腳，TIM1_CH1用于電機(jī)編碼器計(jì)數(shù)。TLM8_CH1用于舵機(jī)控制基準(zhǔn)時(shí)間。通用定時(shí)器引腳TIM2 CH1、TIM3 CH1、TIM4_CH1、TIM5_CH1分別用于電機(jī)和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)電路上下橋壁PWM的產(chǎn)生。
觸發(fā)EXIT0中斷的PA0口和PB0口分別用于電機(jī)和舵機(jī)的過流中斷保護(hù)。觸發(fā)EXIT1中斷的PA1口和PB1口用于舵機(jī)兩側(cè)限位保護(hù)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用自舉升壓芯片IR2103和MOSFET管75N75，后輪電機(jī)和舵機(jī)的相電流采集是通過康銅絲轉(zhuǎn)換成電壓，通過放大濾波處理，分別送至STM3 2F107的A／D采樣引腳ADC12_IN1實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)。通過上位機(jī)串口通信或STM32F107內(nèi)部程序速度給定，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、速度及舵機(jī)的轉(zhuǎn)向。搬運(yùn)機(jī)器人電機(jī)控制硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。