CN104260088A - 一种基于dsp2811的可重构机器人模块系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DSP2811的可重构机器人模块系统，这种模块具有很好的普适性，还需要具有一定的智能特性。通过外界组合成不同的构形，能够完成不同的任务。本发明采用DSP作为核心运算器件，由DSP主控制器、光电隔离模块、相对式光电编码器、驱动模块、CAN模块、霍尔元件以及隔离电源组成。相对式的光电编码器作为反馈，并将光电编码器输出的脉冲信号进行分压处理，采用LMD18200作为驱动芯片，将电机圈贴上磁铁，用霍尔元件作为反馈，采用CAN总线作为通信。

Description

一种基于DSP2811的可重构机器人模块系统

技术领域

本发明涉及一种机器人技术领域的系统，特别涉及一种嵌入式可重构机器人模块系统。

背景技术

可重构机器人一般是指由若干具备一定自治能力和感知能力的模块组成，各个模块之间具有统一的接口环境，可用于传递力、运动、能量和通信等。通过模块之间的连接、断开操作以及相互运动，可重构机器人能够自动改变整体构形，扩展运动形式，进而完成多种运动及操作任务。

可重构机器人的研究需要先进的力学分析，优秀的机械和电子设计，先进的控制策略等，是一个交叉综合的研究方向。它的重大突破将带动计算机技术、微电子技术、通信技术、力学分析与建模和智能控制技术等的发展，科研意义重大。国外研制出了许多样机，走在了这个领域的前面。国内仅仅在理论研究方面有所成果，很少有个人或单位做出样机来进行试验。通过国外的应用情况来看，可重构机器人技术可以应用在航天、军事、核工业、流水生产以及高危作业等诸多领域，所以该研究不仅能够填补国内与国外的技术差距，更具有深刻的应用价值和市场前景。

跟传统工业机器人相比，可重构机器人具有易于维护，适应能力强，成本低，功能多的特点，这让它很适于新时代的生产要求。然而,在可重构模块化机器人不断发展的前提下,却很少有一个能够适用的可重构、模块化的控制系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种实际的可重构机械模块系统，这种模块具有很好的普适性，还需要具有一定的智能特性。通过外界组合成不同的构形，能够完成不同的任务。

本发明的目的是这样实现的：

本发明采用DSP作为核心运算器件，由DSP主控制器、光电隔离模块、相对式光电编码器、驱动模块、CAN模块、霍尔元件以及隔离电源组成。

首先电源我们采用隔离电源，在将24V转为5V的同时，将电机地和数字地进行第一次隔离，将隔离后的5V输入给5V的元器件，如光电编码器等。将DSP输出PWM信号，刹车信号和方向信号做第二次隔离。相对式的光电编码器作为反馈，并将光电编码器输出的脉冲信号进行分压处理，采用LMD18200作为驱动芯片，将电机圈贴上磁铁，用霍尔元件作为反馈，采用CAN总线作为通信。

电源模块是整个系统的基石，因为DSP对电压的稳定性要求很高，并且需要3.3V，1.8V分别供电，整个系统还需要5V和24V供电。采用具有隔离功能的WRB2405CS这款直流-直流模块，它具有隔离功能，能够将24V直流转化为5V直流，额定功率3W。

驱动模块：驱动采用LMD18200芯片（U2_3），最高耐压值是55V，峰值电流6A，而正常的工作电流高达3A求。只需要一路PWM信号，这款芯片具有刹车信号输入和转向控制信号输入，只要给高电平或低电平就能控制电机的转向和刹车。C2_3_2的一端和U2_3的1脚相连，另一端和U2_3的2脚相连。U2_3的2脚还和OUT1相连。U2_3的3脚、4脚、5脚分别和SDIR、SBRAKE、SPWM1相连。U2_3的6脚和24V电源相连。C2_3_1一脚和U2_3的11脚相连，另一端U2_3的10脚相连，U2_3的10脚与OUT2相连。U2_3的9脚悬空，R2_3_1的一脚和U2_3的8脚相连，另一端和U2_3的7脚一起连接到QDGND。

底层控制算法流程：光电编码器输出脉冲信号进入DSP的相关管脚，由DSP的T4计数器进行计数。因为我们使用的电机带有512:1的减速箱，也就是说电机转一圈，经过减速比，经过减速箱输出只有360°/512=0.703125°，所以需要另一个计数器来计电机所转动的圈数。使用T3计数器中断来计电机的圈数，T3与T4一起在单位时间内计数就可以得到电机的实际转速，作为速度闭环PID的反馈值。角速度经过积分可以的到角度值，作为角度闭环PID的反馈值。使用T1的比较器功能作为PWM输出比较器。CPU定时器中断0中写入控制算法，通过设置CPU定时器0的频率便可以设置整个系统的控制周期。

本发明的优点和效果：

（1）本发明采用TMS320F2811采用哈佛总线结构，各个存储空间可以独立访问，程序总线和数据总线分离，使数据的处理效率提升了一倍，提高了整个系统的处理速度。

（2）本发明中的搭建这个模块化机械臂，能够对学界新提出的一些构形求解方法进行实验验证。如果成本能够压得足够低，输出力矩足够大，那这种机器人还可以应用在工业界的自动生产中。

附图说明

图1为单模块系统组成图。

图2为电源模块原理图。

图3为驱动电路原理图。

图4为底层控制程序结构框图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，图1为单模块系统组成图。本发明采用DSP作为核心运算器件，由DSP主控制器、光电隔离模块、相对式光电编码器、驱动模块、CAN模块、霍尔元件以及隔离电源组成。

首先电源我们采用隔离电源，在将24V转为5V的同时，将电机地和数字地进行第一次隔离，将隔离后的5V输入给5V的元器件，如光电编码器等。将DSP输出PWM信号，刹车信号和方向信号做第二次隔离。相对式的光电编码器作为反馈，并将光电编码器输出的脉冲信号进行分压处理，采用LMD18200作为驱动芯片，将电机圈贴上磁铁，用霍尔元件作为反馈，采用CAN总线作为通信。

结合图2，图2为电源模块原理图。电源模块是整个系统的基石，因为DSP对电压的稳定性要求很高，并且需要3.3V，1.8V分别供电，整个系统还需要5V和24V供电。采用具有隔离功能的WRB2405CS这款直流-直流模块，它具有隔离功能，能够将24V直流转化为5V直流，额定功率3W。

结合图3，图3为驱动电路原理图。驱动模块：驱动采用LMD18200芯片（U2_3），最高耐压值是55V，峰值电流6A，而正常的工作电流高达3A求。只需要一路PWM信号，这款芯片具有刹车信号输入和转向控制信号输入，只要给高电平或低电平就能控制电机的转向和刹车。C2_3_2的一端和U2_3的1脚相连，另一端和U2_3的2脚相连。U2_3的2脚还和OUT1相连。U2_3的3脚、4脚、5脚分别和SDIR、SBRAKE、SPWM1相连。U2_3的6脚和24V电源相连。C2_3_1一脚和U2_3的11脚相连，另一端U2_3的10脚相连，U2_3的10脚与OUT2相连。U2_3的9脚悬空，R2_3_1的一脚和U2_3的8脚相连，另一端和U2_3的7脚一起连接到QDGND。

结合图4，图4为底层控制程序结构框图。底层控制算法流程：光电编码器输出脉冲信号进入DSP的相关管脚，由DSP的T4计数器进行计数。因为我们使用的电机带有512：1的减速箱，也就是说电机转一圈，经过减速比，经过减速箱输出只有360°/512=0.703125°，所以需要另一个计数器来计电机所转动的圈数。使用T3计数器中断来计电机的圈数，T3与T4一起在单位时间内计数就可以得到电机的实际转速，作为速度闭环PID的反馈值。角速度经过积分可以的到角度值，作为角度闭环PID的反馈值。使用T1的比较器功能作为PWM输出比较器。CPU定时器中断0中写入控制算法，通过设置CPU定时器0的频率便可以设置整个系统的控制周期。

Claims (3)

1.一种基于DSP2811的可重构机器人模块系统，其特征在于：所述模块系统采用DSP作为核心运算器件，由DSP主控制器、光电隔离模块、相对式光电编码器、驱动模块、CAN模块、霍尔元件以及隔离电源组成；电源采用隔离电源，在将24V转为5V的同时，将电机地和数字地进行第一次隔离，将隔离后的5V输入给5V的元器件。

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP2811的可重构机器人模块系统，其特征在于：电源采用WRB2405CS直流-直流模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于DSP2811的可重构机器人模块系统，其特征在于：驱动采用LMD18200芯片（U2_3），最高耐压值是55V，峰值电流6A，C2_3_2的一端和U2_3的1脚相连，另一端和U2_3的2脚相连；U2_3的2脚还和OUT1相连；U2_3的3脚、4脚、5脚分别和SDIR、SBRAKE、SPWM1相连；U2_3的6脚和24V电源相连；C2_3_1一脚和U2_3的11脚相连，另一端U2_3的10脚相连，U2_3的10脚与OUT2相连；U2_3的9脚悬空，R2_3_1的一脚和U2_3的8脚相连，另一端和U2_3的7脚一起连接到QDGND。