CN204479983U - 一种sma驱动刚弹耦合微吸盘控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种SMA驱动刚弹耦合微吸盘控制系统,包括依次连接的PC服务器、单片机、FPGA、功率驱动电路、SMA微吸盘和检测反馈电路，所述FPGA包括控制电路和PWM模块，所述SMA微吸盘与单片机之间设有激光位移传感器，所述检测反馈电路与单片机之间设有A/D转换电路；本实用新型针对SMA智能材料的驱动和传感性能，利用SMA在相变过程中能输出较大驱动力，采用FPGA产生脉冲宽度调制驱动控制方式，电阻检测反馈电路对电流进行反馈控制，并对吸盘负压进行测量，实现仿生微吸盘SMA驱动控制，本实用新型具有较好的精度和一定的响应速度，而且有良好的适应性和自保护能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及仪器仪表技术领域，具体是一种SMA驱动刚弹耦合微吸盘控制系统。
背景技术
形状记忆合金(SMA) 存在着应力滞后，相变与温度、应力、动作方向有关等问题，在实际应用中受加热、冷却条件的影响，形状记忆合金的应力-应变曲线是非线性的，而且不同温度下其力学特性变化很大，使得其驱动较为困难，响应频率是SMA 驱动器应用中的技术难点。仿生学设计中利用单程形状记忆合金，并配置偏动元件设计的双程驱动器较为稳定，伸长与温度的变化比较线形化，比较容易控制。而且单程记忆合金由于其Cu基的性质，内阻比较大，容易加热，这种方式的驱动器在实际中比较实用。对于SMA驱动的仿生微吸盘，由于微型吸盘的空间限制，要实现对SMA驱动控制，就是要准确调控形状记忆合金丝的温度，驱动技术是必须解决的关键技术之一。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种具有较好的精度和一定的响应速度，而且有良好的适应性和自保护能力的SMA驱动刚弹耦合微吸盘控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种SMA驱动刚弹耦合微吸盘控制系统,包括依次连接的PC服务器、单片机、FPGA、功率驱动电路、SMA微吸盘和检测反馈电路，所述FPGA包括控制电路和PWM模块，所述SMA微吸盘与单片机之间设有激光位移传感器，所述检测反馈电路与单片机之间设有A/D转换电路；所述PWM模块中，选用EPM7000S芯片，系统JTAG接口与EPM7000S芯片连接，JTAG的TCK接口与EPM7000S芯片的第9和11引脚连接，JTAG的TMS接口与EPM7000S芯片的第1引脚连接，JTAG的TD1接口与EPM7000S芯片的第3引脚连接，JTAG的TD0接口与EPM7000S芯片的第7引脚连接，EMU0与EPM7000S芯片的第13引脚连接，EMU1与EPM7000S芯片的第14引脚连接，EMU0、EMU1还分别通过上拉电阻R3、R4与3.3V电源连接，所述EPM7000S芯片的第5引脚接3.3V电源，第4、6、8、10、12引脚接地；所述功率驱动控制电路包括依次连接的隔离电路、基准稳压电路、比较驱动电路和加热保护电路；所述检测反馈电路中，桥式电路将 SMA 微小电阻变化转化成电压信号，信号经拾取后，经仪表放大器AD623将信号放大调理，再以差动方式输入24位高精度A/D转换器CS5532，将其模拟信号变成数字信号，再经SPI串行总线送入主微处理器进行数据标定及相关处理，得到实际值。
作为本实用新型进一步的方案：所述单片机的型号为W77E58。
作为本实用新型再进一步的方案：所述R3、R4电阻的型号均为4k7。
作为本实用新型再进一步的方案：所述激光位移传感器包括感测头LB-300和控制器LB-1200，气压传感器采用MPX5100，气压传感器检测负压信号，经过调理、滤波、数/模转换后传给单片机。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用 FPGA产生脉冲宽度调制驱动控制方式，电阻检测反馈电路对电流进行反馈控制，并对吸盘负压进行测量，实现仿生微吸盘SMA驱动控制，吸盘基于SMA驱动可实现吸盘的无源吸附，减轻吸盘的整体质量和体积；采用FPGA产生PWM加热驱动方法，利用场效应管作为功率驱动开关管，考虑温度、输出位移和力等参量，搭建控制电路系统包括：加热功率驱动、电阻计反馈、位移与气压检测电路，实现了仿生微吸盘SMA驱动控制；由于FPGA的PWM管脚驱动能力不足，设计相应的驱动电路来驱动的负载电路，为SMA驱动提供足够大的加热电流，使SMA达到能相变的温度；由于微型吸盘的空间限制，利用激光位移传感器LB-1000系列的长距型高精度激光位移传感器。该激光位移传感器具有无需接触、精度高、反应速度快、抗干扰能力强等的特点；本实用新型具有较好的精度和一定的响应速度，而且有良好的适应性和自保护能力。
附图说明
图1为本实用新型整体控制系统原理图。
图2为本实用新型中脉宽调制系统JTAG接口示意图。
图3为本实用新型中功率驱动电路图。
图4为检测反馈电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-4，一种SMA驱动刚弹耦合微吸盘控制系统,包括依次连接的PC服务器、单片机、FPGA、功率驱动电路、SMA微吸盘和检测反馈电路，其特征在于：所述FPGA包括控制电路和PWM模块，所述SMA微吸盘与单片机之间设有激光位移传感器，所述检测反馈电路与单片机之间设有A/D转换电路；所述单片机的型号为W77E58；所述PWM模块中，选用EPM7000S芯片，系统JTAG接口与EPM7000S芯片连接，JTAG的TCK接口与EPM7000S芯片的第9和11引脚连接，JTAG的TMS接口与EPM7000S芯片的第1引脚连接，JTAG的TD1接口与EPM7000S芯片的第3引脚连接，JTAG的TD0接口与EPM7000S芯片的第7引脚连接，EMU0与EPM7000S芯片的第13引脚连接，EMU1与EPM7000S芯片的第14引脚连接，EMU0、EMU1还分别通过上拉电阻R3、R4与3.3V电源连接， R3、R4电阻的型号均为4k7，所述EPM7000S芯片的第5引脚接3.3V电源，第4、6、8、10、12引脚接地；所述功率驱动控制电路包括依次连接的隔离电路、基准稳压电路、比较驱动电路和加热保护电路；所述检测反馈电路中，桥式电路将 SMA 微小电阻变化转化成电压信号，信号经拾取后，经仪表放大器AD623将信号放大调理，再以差动方式输入24位高精度A/D转换器CS5532，将其模拟信号变成数字信号，再经SPI串行总线送入主微处理器进行数据标定及相关处理，得到实际值；所述激光位移传感器包括感测头LB-300和控制器LB-1200，气压传感器采用MPX5100，气压传感器检测负压信号，经过调理、滤波、数/模转换后传给单片机。
本实用新型的工作原理是：控制系统根据设定的位移量与当前位置的比较值，选择加热和检测反馈采集通道，输出PWM电压信号，当PWM波是低电平时，通过功率驱动电路控制SMA加热，电阻反馈电路停止工作；当 PWM 波是高电平时，功率驱动电路不工作，检测反馈电路采集SMA电桥的电压变化量，经过放大电路、ADC 模块发送信号到单片机W77E58，与程序设定的电压值相比，根据电压差的大小，经过相应的控制算法，时刻调整PWM的占空比，进而控制加热驱动的功率，消除误差，完成SMA驱动控制。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种SMA驱动刚弹耦合微吸盘控制系统,包括依次连接的PC服务器、单片机、FPGA、功率驱动电路、SMA微吸盘和检测反馈电路，其特征在于：所述FPGA包括控制电路和PWM模块，所述SMA微吸盘与单片机之间设有激光位移传感器，所述检测反馈电路与单片机之间设有A/D转换电路；所述PWM模块中，选用EPM7000S芯片，系统JTAG接口与EPM7000S芯片连接，JTAG的TCK接口与EPM7000S芯片的第9和11引脚连接，JTAG的TMS接口与EPM7000S芯片的第1引脚连接，JTAG的TD1接口与EPM7000S芯片的第3引脚连接，JTAG的TD0接口与EPM7000S芯片的第7引脚连接，EMU0与EPM7000S芯片的第13引脚连接，EMU1与EPM7000S芯片的第14引脚连接，EMU0、EMU1还分别通过上拉电阻R3、R4与3.3V电源连接，所述EPM7000S芯片的第5引脚接3.3V电源，第4、6、8、10、12引脚接地；所述功率驱动控制电路包括依次连接的隔离电路、基准稳压电路、比较驱动电路和加热保护电路；所述检测反馈电路中，桥式电路将 SMA 微小电阻变化转化成电压信号，信号经拾取后，经仪表放大器AD623将信号放大调理，再以差动方式输入24位高精度A/D转换器CS5532，将其模拟信号变成数字信号，再经SPI串行总线送入主微处理器进行数据标定及相关处理，得到实际值。
2.根据权利要求1所述的SMA驱动刚弹耦合微吸盘控制系统，其特征在于，所述单片机的型号为W77E58。
3.根据权利要求1所述的SMA驱动刚弹耦合微吸盘控制系统，其特征在于，所述R3、R4电阻的型号均为4k7。
4.根据权利要求1所述的SMA驱动刚弹耦合微吸盘控制系统，其特征在于，所述激光位移传感器包括感测头LB-300和控制器LB-1200，气压传感器采用MPX5100，气压传感器检测负压信号，经过调理、滤波、数/模转换后传给单片机。
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| CN109850189A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-06-07 | 上海交通大学 | 面向轨道清理的空间仿生柔性操控臂驱动系统和方法 |
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