基于DSP的草莓采摘机器人关节控制器的研究.pdf

机械装备 65 Mechanized Equipment2018 年 10 月下基于 DSP 的草莓采摘机器人关节控制器的研究陈泽众(东南大学,江苏 南京 210000）摘 要： 在当前的草莓采摘机器人研究过程中，其机器人自身的关节控制器是以 DSP 为基础，将当前的永磁同步电机作为执行电机，结合实际情况制定完善的三闭环位置伺服控制方案。同时将当前的直轴电枢电流矢量控制策略为基础，进行合理的 DSP 运动控制器设计，满足实际的需求。基于此，作者结合自身经验，对当前的基于 DSP 草莓采摘机器人关节控制器的研究进行详细的分析，以供相关工作人员参考。关键词： 草莓采摘机器人；关节控制器；矢量控制；运动控制中图分类号： TP242 文献标志码： A 文章编号： 1672-3872（2018）20-0065-02 作者简介： 陈泽众 (1997-), 男，吉林长春人，本科，研究方向：机械设计。随着时代不断发展，科学技术不断创新，促使当前国内外积极对现阶段的草莓采摘机器人研究加强重视力度，并不断进行分析研究，促使其满足当前的需求。对当前的草莓采摘机器人而言，自身的核心是控制系统，并且受系统自身的性质影响，在实际的工作过程中，工作的性能与效果均受其控制系统影响，并且影响范围较广。1 对现阶段的草莓采摘机器人关节控制器进行有效的方案选择对当前的采煤采摘机器人而言，其消费的对象是当前的农户，进而受此影响，要求其自身具有良好的价格。同时，促使其具有良好的反应速度，控制的精确度较高，具有良好的操作性与便捷性，只需要占用较小的空间，提升传统的工作效率。以当前实验的采摘机器人为例，其自身主要是由当前的视频信号采集、结构主体、控制系统、处理系统以及人机界面组成，通过各部分的协调合作，满足当前的需求。在草莓采摘机器人实际的运行过程中，首先利用当前的机器人视觉系统，对草莓的位置进行有效的确定，利用摄像机对草莓位置信号进行明确，经过图像处理，通过三维坐标，将待采摘的草莓的空间位置进行输入，并标记在三维坐标中。明确其实际的坐标后，将当前的实际坐标进行上机输入，满足实际的需求；其次，根据原有的计算公式，促使上位机根据当前的实际坐标计算出草莓采摘机器人进行采摘时运行的最佳轨迹，保证其运动合理，明确实际的运动信号，将计算出的运动轨迹信号输送至当前的控制器。通过控制器对各个环节的进行有效的控制，保证其有效的运行，进而末端进行合理的操作，实现草莓的采摘。1）控制系统。对当前的实验课题而言，其实际研究的控制系统主要是以当前的PC机为主，利用其自身的优势，进行合理的分析，根据末端的执行器对基于坐标的位姿进行明确，同时规划其实际的运动过程，将当前的各关节位置指令值进行确定。将现有的DSP运动控制器进行底层控制，利用串口自身的性能，对当前的上机位置信号进行分析，并通过矢量控制，最终完成关节电机的合理控制。相对来说，在实际的控制过程中，由于其自身的性质影响，控制系统主要是以当前的三闭环位置伺服控制方案为基础，充分发挥出其自身的性能，在不断发展过程中，提升其控制的精度，为机器人的顺利采摘奠定良好的基础，满足实际的需求，准确找到采摘的位置。例如，以实际的案例为例，利用当前的永磁钢对现阶段的普通同步电机的励磁绕组进行取代，从而提升永磁同步电机自身的性能，在不断发展过程中，优化整个流程，保证其自身具有动态响快、结构简单以及定位准确等，提升工作效率1。2）芯片。以当前实际的芯片为例，该芯片自身具有良好的专用外设，灵活应用当前的集成技术，促使其具有良好的结构，利用当前的流水线操作指令，进行特殊的DSP指令输出，保证其质量符合要求。利用其自身的优势，可以有效地促使当前芯片局具有较强的高质量，高速进行计算与处理，尽管将数据进行合理的分析，实现最终的控制，为草莓采摘机器人的实际运行奠定良好的基础。例如，当前应用较为普遍的 TMS320LF2407A 型 DSP 芯片，可以有效的实现 Clarke 变换、park逆变换以及park变换。对现阶段的直轴电枢电流为零的控制策略，保证其在实际的控制过程中，其自身的控制电流为零，满足实际的需求。对实际的定子电流来说，受其自身的性质影响，只有交轴分量，并且在定子磁动势空间中，矢量与其永磁体自身的出厂空间矢量进行正交，导致实际的发动机中，只有永磁转矩分量，交轴电枢电流与电磁转矩之间的幅值为正比，进而在进行转矩控制过程中，其大小实际上可以进行控制，满足实际的需求。2 现阶段基于 DSP 的草莓采摘机器人关节控制器硬件结构设计分析对现阶段的实际控制来说，受其机器人自身的性质影响，在进行矢量控制过程中，应保证其自身通过合理的控制方式进行。例如，以实际的案例为例，现阶段主要是通过当前的DSP芯片自身的事件管理器为基础，将其具有的脉宽调制信号进行合理的控制，进而保证其自身的晶体管的开关与闭合得到有效的控制，以满足实际的需求，进而实现对电机的控制。对当前的芯片来说，其自身只具有两个事件管理器，进而受其影响，只能同时对当前的两个伺服电机进行控制，实现控制的目的。基于此，应将一个芯片增加至两个，进而实现控制四个伺服电机，满足实际的需求。1）进行合理的电源转换电路设计。以实际的案例为例，在该实验设计中，主要是利用当前的TPS76833QPWP元件作为当前的本驱动控制板，进而为DSP芯片提供合理的电压，满足实际的需求。同时，结合实际情况，对现阶段的DSP电源进行合理的设计，为满足其实际的功能，对电源进行陶瓷电容的增加，从根本上提升系统自身的性能，保证系统稳定的运行。对DSP来说，受其自身的性质影响，想要保证其正常运行，充分发挥出自身的功能，应为其提供良好的时钟电路，以实际系统为例，在该系统中工作人员将DSP1的时钟进行选择，选择当前的15MHz的晶体振荡器，并灵活利用当前的内部锁相环，通过设置当前的PLL倍频系数，改变原有的工作时钟，将其转变为30MHz的时钟。与此同时，在进行DSP2时钟设计时，直接将当前的DSP1输出的CPU始终作为其时钟，以满足实际的需求，并选择RC复位电路作为复位电路进行使用2。66机械装备 Mechanized Equipment 2018 年 10 月下2）设计合理的存储器扩展电路。依旧以上述的实验为例，在进行设计过程中，该实验的存储器芯片主要是以当前的 IS63LV1024-10J 为主，并选择 128K8 的高速静态 RAM 作为芯片，选择数量为2，构成现阶段的128K16位的存储空间，满足实际的需求。当前的DSP1的数据引脚接入IS63LV1024-10J的A16中，并将其分为数据空间与程序空间两种，例如，实际的数据区则是以当前的RAM前64K字，而程序空间则是以当前的RAM后64K为主，同时，在进行DSP2时，则以同样的方式进行。对当前的JATG仿真接口和RSZ接口来说，在进行设计过程中，首先应以实际的电路板设计为基础，结合实际的要求，对现阶段的调试仿真接口进行设计。同时，还需要设计梁海的异步串行接口，利用其自身的优势性能，实现最终的转换，主要是MAX232芯片完成5一VTTL/CMOS电平至iRS232电平的转换，提升其自身的串行通讯功能。3）进行合理的功率放大模块隔离电路设计。对实际设计的控制系统来说，在进行驱动电路设计时，主要采用现阶段的ACPM750E集成化功率模块，同时保证其自身的开关频率达到实际的要求，通常情况下，其频率可达24kHz。对于编码器接口来说，其带有增量，并带有直流母线的电压反馈信号接口，具备良好的超温、短路、接地以及过压过流保护功能，满足实际的需求。DSP芯片自身的事件管理器具有良好的输出脉宽调制信号，在运行过程中，需要保证在智能功率模块进入的前期对通过的高速光耦进行隔离，甚至在电机的三相电压输出前也进行有效的隔离。3 现阶段草莓采摘机器人关节控制器软件设计分析对现阶段的草莓采摘机器人来说，其自身设计的控制系统可以分为两部分软件，一部分为后台运动控制函数；另一部分为前台人机交互操作控制。相对来说，两部分在实际的运行过程中，需要相互协调合作，进而满足实际的需求。例如，对后台操作软件来说，在实际的运行过程中，应灵活的利用当前的C语言编写程序，制定合理的控制库函数，为后续的控制奠定良好的基础。而对前台的软件控制来说，应合理利用当前的C+语言进行合理的分析，并进行有效的软件开发，通过相互合作，满足实际的需求3。1）进行合理的操作平台设计。现阶段的操作平台通常是Windows XP，并以此为基础，进行有效的分析，灵活进行软件开展，在不断地发展过程中，优化其主要的功能，满足当前的需求。例如，当前的操作平台自身具有大量的功能常用控件，如机器人的起动、机器人的停止、控制系统的参数调节、各关节的控制、位置信息显示等，利用其各方面的调节，促使DSP与PC机之间进行合理的调节，以满足实际的需求。2）进行有效的上位机程序设计。对当前的上位机来说，其主要是以当前的PC机为基础，根据明确的末端执行器自身的基坐标系，对实际的运动过程中各关节的电动机位置指令进行有效的规划，例如限位、回零、圆弧插补、直线以及自动加减控制等函数，满足实际的需求。对现阶段的DSP控制器程序来说，其自身主要包含的文件程序有三种，如定义寄存器的文件、配置系统存储档案以及命令系统文件等，而相对来说，其自身的系统主程序主要包括对外的初始化，并包含中断允许设置，满足实际的需求。4 结束语综上所述，在当前的时代背景下，草莓采摘机器人研究逐渐被重视，并迎合当前需求，积极进行创新，以满足当前的需求。对农户而言，采摘草莓机器人主要的目的是提升当前的工作效率，因此，必须促使其具有采摘速度快、价格合理、占用空间小等优点，提升其设计效果。参考文献：1 戴刘江 , 张铁中 , 杨丽 . 基于 DSP 的草莓采摘机器人关节控制器的研究 J. 中国科技论文在线 ,2007(3):231-234.2 毛春利 . 基于 DSP 和 FPGA 的四关节实验室机器人控制器的研制J. 中南大学 ,2005.3 樊继壮 , 赵杰 , 王宾瑞 , 等 . 基于 DSP 的三肢体机器人关节控制器设计 J. 机械设计与制造 ,2007(2):112-114.（收稿日期： 2018-9-10）中国粮油学会会刊国家粮食和物资储备局标准质量中心支持期刊中国学术期刊综合评价数据库统计源期刊中国核心期刊（遴选）数据库收录期刊中国期刊全文数据库全文收录期刊中文科技期刊数据库收录期刊台湾华艺 CEPS 中文电子期刊粮食科技与经济国家 A 类学术期刊粮食科技与经济是经国家新闻出版广电总局批准，湖南省粮食经济科技学会、中国储备粮管理集团有限公司湖南分公司主办，面向国内外公开发行的国家 A 类学术期刊。国内统一连续出版物号：CN 43-1252/TS，国际标准连续出版物号：ISSN 1007-1458。主要栏目设置：粮食安全、粮食经济、检测与标准、仓储与物流、粮油工程、粮食深加工及食品、前瞻与未来、经营管理、三农关注等栏目。（1）全国各地邮局均可征订 邮发代号：42-167 （2）直接向杂志社订阅电话：0731-89746377工作 QQ：1055536168投稿邮箱：lskjjj126.com投稿 QQ：12532018电话：0731-82220487地址：长沙市芙蓉中路一段 2 号粮食科技与经济杂志社订阅方式