一種基于DSP平臺的排爆機械臂控制系統技術方案

一種基于DSP平臺的排爆機械臂控制系統，利用上位機向DSP發送指令，驅動機械臂，實現6個關節的協調運動。DSP通過地址數據總線和FPCA連接，進而控制驅動部分。驅動部分為8個直流電機，以履帶形式走動，驅動部分前端含超聲波測距模塊及無線視頻采集模塊，能夠識別前方是否有障礙物。實現了串口測試軟件向SCI模塊發送指令的功能，從而控制機械臂，仿生模仿人手的各類運動。該控制系統精度高，調節快，該機械臂有的承重能力，能準確握緊危險品并放于隔離箱中。

An EOD manipulator control system based on DSP platform

A DSP platform EOD manipulator control system based on the instructions sent to DSP PC driven manipulator, realize the coordinated movement of 6 joints. The DSP controls the drive section via the address data bus and the FPCA connection. The driving part is 8 direct current motors. The front part of the driving part is provided with an ultrasonic ranging module and a wireless video acquisition module, and the front part of the driving part can be identified whether there is an obstacle or not. The serial command test software is used to send commands to the SCI module, so as to control the robot arm and imitate all kinds of movement of the human hand. The control system has high precision and quick regulation, and the robot arm has the bearing capacity, and can hold the dangerous goods accurately and put it in the isolation box.

【技術實現步驟摘要】
一種基于DSP平臺的排爆機械臂控制系統
本專利技術涉及一種基于DSP平臺的排爆機械臂控制系統，適用于機械領域。
技術介紹
排爆機器人是針對公安、航空、軍事、礦井等危險、重要、有害環境下應用的特種作業機器人，它不受任何外界電磁干擾，可以代替人在危險、重要、有害環境中進行觀察、檢查、搬運、清理、操作及安放特殊裝置，用以保證人員的安全、健康。由于科技含量較高，排爆機器人往往“身價”不菲。
技術實現思路
本專利技術提出了一種基于DSP平臺的排爆機械臂控制系統，以DSP為中央處理核心，用6個伺服電機配合鋁制合金搭建機械臂硬件結構，利用DSP增強型PWM模塊驅動伺服電機，上位機采用PC機進行控制。實現了串口測試軟件向SCI模塊發送指令的功能，從而控制機械臂，仿生模仿人手的各類運動。該控制系統精度高，調節快，該機械臂有的承重能力，能準確握緊危險品并放于隔離箱中。本專利技術所采用的技術方案是：所述控制系統利用上位機向DSP發送指令，驅動機械臂，實現6個關節的協調運動。DSP通過地址數據總線和FPCA連接，進而控制驅動部分。驅動部分為8個直流電機，以履帶形式走動，驅動部分前端含超聲波測距模塊及無線視頻采集模塊，能夠識別前方是否有障礙物。所述控制系統中，TMS320F28335擁有浮點數處理單元，6個直接存儲器訪問DMA通道，12個PWM輸出通道，6個高精度PWM通道，3個SCI通信模塊，12個可配置外部中斷，處理能力比F2812更強，對于復雜的運動控制排爆機器臂而言，DSP選擇F28335更為合適。所述控制系統利用EPWM1A-EPWM6A產生6路PWM脈沖信號，完成對機械臂6個關節的控制。6個關節點采用舵機(伺服電機)驅動，設計目標:機械臂總長度為400mm，手爪能夠抓起500g的物品，工作電流1~3A,精度控制在1°以內。所述控制系統根據設定的相關參數選擇控制方式和執行機構，現場控制模塊將采集到的數據通過總線實時地發送給主控機，主控機的決策軟件根據上報數據和參數進行運算，并向各控制模塊傳輸控制量，指示相關機構動作。機械臂由6路伺服電機驅動，控制器為TM5320F28335。該控制器帶有SCI模塊，允許使用NRZ協議進行串行通訊，因此可以直接通過SCI模塊與主控機通訊。直流伺服電機是一種將輸入信號轉換為轉軸上的角位移或角速度來執行控制任務的直流電機，其轉速和轉向隨輸入信號的變化而變化，并具有一定的負載能力，在各類自動控制系統中廣泛用作執行元件。直流伺服電機具有響應迅速、精度和效率高、調速范圍寬、負載能力大、控制特性優良等優點。所述控制系統的軟件開發環境為CCS3.3系統，硬件平臺為TI公司的TMS320F28335型數字信號處理器。與以往的定點DSP相比，該器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外設集成度高，數據以及程序存儲量大，A/D轉換更精確快速等。本專利技術的有益效果是：該控制系統以DSP為中央處理核心，用6個伺服電機配合鋁制合金搭建機械臂硬件結構，利用DSP增強型PWM模塊驅動伺服電機，上位機采用PC機進行控制。實現了串口測試軟件向SCI模塊發送指令的功能，從而控制機械臂，仿生模仿人手的各類運動。該控制系統精度高，調節快，該機械臂有的承重能力，能準確握緊危險品并放于隔離箱中。附圖說明圖1是本專利技術的機械臂設計方案圖。圖2是本專利技術的閉環反饋控制系統圖。圖3是本專利技術的系統軟件設計流程圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1，控制系統利用上位機向DSP發送指令，驅動機械臂，實現6個關節的協調運動。DSP通過地址數據總線和FPCA連接，進而控制驅動部分。驅動部分為8個直流電機，以履帶形式走動，驅動部分前端含超聲波測距模塊及無線視頻采集模塊，能夠識別前方是否有障礙物。控制系統中，TMS320F28335擁有浮點數處理單元，6個直接存儲器訪問DMA通道，12個PWM輸出通道，6個高精度PWM通道，3個SCI通信模塊，12個可配置外部中斷，處理能力比F2812更強，對于復雜的運動控制排爆機器臂而言，DSP選擇F28335更為合適。,控制系統利用EPWM1A-EPWM6A產生6路PWM脈沖信號，完成對機械臂6個關節的控制。6個關節點采用舵機(伺服電機)驅動，設計目標:機械臂總長度為400mm，手爪能夠抓起500g的物品，工作電流1~3A,精度控制在1°以內。如圖2，根據設定的相關參數選擇控制方式和執行機構，現場控制模塊將采集到的數據通過總線實時地發送給主控機，主控機的決策軟件根據上報數據和參數進行運算，并向各控制模塊傳輸控制量，指示相關機構動作。機械臂由6路伺服電機驅動，控制器為TM5320F28335。該控制器帶有SCI模塊，允許使用NRZ協議進行串行通訊，因此可以直接通過SCI模塊與主控機通訊。直流伺服電機是一種將輸入信號轉換為轉軸上的角位移或角速度來執行控制任務的直流電機，其轉速和轉向隨輸入信號的變化而變化，并具有一定的負載能力，在各類自動控制系統中廣泛用作執行元件。直流伺服電機具有響應迅速、精度和效率高、調速范圍寬、負載能力大、控制特性優良等優點。如圖3，控制系統的軟件開發環境為CCS3.3系統，硬件平臺為TI公司的TMS320F28335型數字信號處理器。與以往的定點DSP相比，該器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外設集成度高，數據以及程序存儲量大，A/D轉換更精確快速等。利用DSP的EPWM模塊，可以產生周期為20ms的周期性脈沖，并且通過調節CMPA的值改變輸入正脈沖寬度，從而實現伺服電機的0°~180°的轉動，令機械臂6個關節能夠按照設計要求運動。利用DSP的SCI模塊，上位機向SCI發送指令，SCI模塊接收到指令后送DSP處理，再送EPWM模塊。串行通信接口SCI是一個采用發送、接收雙線制的異步串行通信接口，即UART口，它支持16級的接收發送FIFO，從而降低了串口通信時CPU的開銷。SCI模塊支持CPU和其他使用NRZ的外圍設備之間的數字通信。為了保證數據的完整，SCI模塊對接收到的數據進行間斷檢測、奇偶校驗、超限檢測以及錯誤檢測。通過對16位的波特率控制寄存器進行編程，可以配置不同的SCI通信速率。增強型SCI的主要特點是自動波特率檢測和16級發送/接收FIFO。發送和接收緩沖器增加了兩個16級的FIFO，并且都能產生CPU中斷。無論什么時候發送的FIFO狀態位(TXFFST)與中斷觸發級別位(TXFFIL)相匹配，都能產生一個中斷觸發，從而實現可編程的中斷觸發。系統初始化完成PLL鎖相環、看門狗及外設時鐘設置，清除所有中斷并初始化PIE向量表，把6路EPWM配置為外設引腳模式，把SCI設置為FIFO模式，打開串口中斷，用串口中斷接收到的數據來更新6路EPWM的CMPA。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于DSP平臺的排爆機械臂控制系統，其特征是：所述控制系統利用上位機向DSP發送指令，驅動機械臂，實現6個關節的協調運動，DSP通過地址數據總線和FPCA連接，進而控制驅動部分，驅動部分為8個直流電機，以履帶形式走動，驅動部分前端含超聲波測距模塊及無線視頻采集模塊，能夠識別前方是否有障礙物。

【技術特征摘要】
1.一種基于DSP平臺的排爆機械臂控制系統，其特征是：所述控制系統利用上位機向DSP發送指令，驅動機械臂，實現6個關節的協調運動，DSP通過地址數據總線和FPCA連接，進而控制驅動部分，驅動部分為8個直流電機，以履帶形式走動，驅動部分前端含超聲波測距模塊及無線視頻采集模塊，能夠識別前方是否有障礙物。2.根據權利要求1所述的一種基于DSP平臺的排爆機械臂控制系統，其特征是：所述控制系統中，TMS320F28335擁有浮點數處理單元，6個直接存儲器訪問DMA通道，12個PWM輸出通道，6個高精度PWM通道，3個SCI通信模塊，12個可配置外部中斷，處理能力比F2812更強，對于復雜的運動控制排爆機器臂而言，DSP選擇F28335更為合適。3.根據權利要求1所述的一種基于DSP平臺的排爆機械臂控制系統，其特征是：所述控制系統利用EPWM1A-EPWM6A產生...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姚秋麗，
申請(專利權)人：姚秋麗，
類型：發明
國別省市：遼寧,21