基于ARM核處理器的機器人手臂控制系統(tǒng)

近年來，隨著MEMS及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，微機器人領(lǐng)域已越來越來受人關(guān)注。但由于零件的尺寸很小，微機器人組件的裝配需要很高的精確度，一般的裝配方法無法滿足要求。本文介紹了一個可進(jìn)行微零件裝配工作的機器人手臂控制系統(tǒng)的控制方法。 

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

考慮到多機器人手臂的使用，整個機器人控制系統(tǒng)由上位機與多個下位機組成。下位機即是手臂控制器，每個下位機控制一個機械手臂的伸縮運動。上位機即為控制終端，通過不同配件組裝方式生成每個手臂的位置數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)線傳輸給各個下位機，由下位機控制手臂到達(dá)目標(biāo)位置并進(jìn)行目標(biāo)操作。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

 

1.1 機械結(jié)構(gòu)

如圖2所示，手臂控制器的機械結(jié)構(gòu)由直流減速電機、手臂、螺桿、減速齒輪、角度傳感器組成。機器人手臂與機械螺桿相連，螺桿與直流減速電機通過減速齒輪耦合，各個手臂控制器通過控制電機轉(zhuǎn)動來達(dá)到控制手臂位置的目的。同時，手臂控制器具有手動調(diào)節(jié)旋柄與螺桿相連，需要時可通過手動調(diào)節(jié)，改變手臂位置。

 

1.2 電路結(jié)構(gòu)

手臂控制器由使用ARM內(nèi)核的PHLIPS LPC2138系列微處理器控制，電路結(jié)構(gòu)主要分為主控制模塊、測量反饋模塊和通信模塊，如圖3所示。通過主控制模塊控制電機狀態(tài)，通過測量反饋模塊得到螺桿移動距離和位置，在達(dá)到規(guī)定位置后停止電機。而通信模塊則完成與上位機之間的數(shù)據(jù)交換。

 

2 電機控制

電機控制由主控制模塊和測量反饋模塊共同完成。

2.1 主控制模塊

LPC2138引腳分配如表1所示。

 

主控制器使用PHLIPS LPC2138微處理器，其具有64個引腳，31個雙向I／O口，2個8路10們A／D轉(zhuǎn)換器，能夠進(jìn)行電壓測量的工作，符合設(shè)計要求，其引腳分配如表1所示。電機使用RA-20GM-SD3 型直流減速電機，其減速箱的減速比達(dá)到了1／1000，在減速后，電機轉(zhuǎn)速為4.5+／-0.9 rpm，在與1／2減速齒輪組進(jìn)一步耦合后，螺桿轉(zhuǎn)速為2.25 rpm，在所用螺桿齒距為1mm時，手臂移動述牢為3.75