伺服控制器在机器人控制技术中具有重要的应用,其性能直接关系到多舵系统能够正常工作的事实。
了解决多声道输出和高精度伺服控制器从控制芯片之间的矛盾的问题,一个新的伺服控制器已被设计:微机高STC15F2K60S2性能单个芯片减少时间中断服务最大化。PWM波控制的精度可达0.5 us,软件采用时分复用的思想,PWM波在20 ms的信号周期内发出多达32个通道。真软件验证了设计显着提高了控制精度,以确保足够的控制通道,并成功应用于7自由度机械臂的控制。键词:方向控制器; STC15F2K60S2; PWM;机器人臂周到DOI:10.11907 / rjdk.172881分类号:TP319文献:A文章编号:1672-7800(2018)006-0132-04:抽象转向控制器起着技术中起重要作用机器人控制,它对多方向系统有直接影响。解决多通道控制和转向控制器的低精度之间的矛盾,我们采用了新型的转向控制器的STC15F2K60S2高性能微控制器用于缩短时间,以最大中断服务的控制IC控制器。PWM波的控制精度可以达到0.5 us。用时间共享的思想来生成仿真软件验证了在足够的控制通道的基础上,新设计大大提高了控制的准确性,可以成功应用于内窥镜臂的控制七个DOF.Key Words:s Teering速度控制器; STC15F2K60S2; PWM;内窥镜臂简介伺服控制器设计是机器人手臂控制的关键技术之一。前,舵机的PWM控制信号生成方法可归纳为三类:第一类是基于分立器件的生成方法[1],其实现电路更多复杂,准确性难以控制,信号质量不高;第二类是基于所述可编程逻辑器件的生成方法(PLD)[2-3],其可以产生一个多调制精度的信道,但设计复杂,成本高,所以不能仅在需求量大的情况下使用;基于微机的生成方法[4-6],实现简单易行,成本低,精度高。而,传统的伺服控制器的单芯片具有难以矛盾调和:数量多声道PWM输出PWM高精度不能合并,作为高精度伺服控制器7信道[7-8]和24个频道。向控制器[9]和基于74HC595扩展的多通道伺服控制器[10]。
了解决这个问题,设计了一种基于STC15F2K60S2 8位高性能单芯片的伺服控制器。PWM控制箱的硬件设计控制器控制原理转向箱[11]转向箱一般有三根导线:电源线,地线和信号线。Robo-Soul的LDX-218伺服电压所需的电压为6-7.4V。号线为PWM输入线。过改变PWM脉冲宽度,可以控制转向器的转向角。图1所示,PWM信号周期为20 ms,高电平至少为0.5 ms,最大值为2.5 ms,相应的电机旋转角度为0 °和180°。制板控制器设计图控制芯片选择本设计采用宏晶科技有限公司生产的单机STC15F2K60S2时钟/循环机(1T)芯片。是一款高速,低功耗,超新一代抗干扰8051的单片机,指令代码齐全。容传统的8051,但速度快7-12倍,工作频率为5~35MHz,相当于普通8051的60~420MHz。于伺服控制器需要32个PWM输出,因此选择LQFP44封装。有五个通用I / O端口:P0,P1,P2,P3和P4。不需要外部晶体振荡器,可以通过程序设置内部晶振频率以满足要求。服控制器具有多个I / O端口,执行效率高。制芯片和外围电路在图2中示出的串行通信电路的设计选择CH340T如USB芯片série.L’USB端口是一个通信接口,接收由发送的控制信号主机并为单芯片供电。片机的串口1端口用作通信接口,即端口P3.0和端口P3.1,其电路图如图3所示.PWM软件伺服输出控制器多通道PWM输出输出实现多通道PWM生成原理如图4所示,将芯片内部晶振频率设置为24M,使用16位定时器,时间参考是1机器周期= 0.5 us。计算机将角度数据转换为下位计算机计时器的初始值。
0°和180°之间的任何角度,它可以根据式被转换(1),其中,恒温阀芯θ是旋转角,f是低级计算机的晶体的频率和定时器由1至12递减时钟周期(1个机器周期)。件设计主机主要完成数据预处理工作,包括转换初始计算机的低端角度,对32个PWM定时器的初始值进行排序,以及选择基于充分考虑时间和空间复杂度的插入排序算法[12]按升序排序。位计算机主要执行以下操作:步骤1:封装主计算机传输到结构中的32通道PWM超时计数值的通道。构PWM_Tcnt {unsigned int count; //计数值位标志; //对应的输出端口}步骤2:定义结构数组并初始化结构PWM_Tcnt PWMOUT [33];步骤3:根据以下算法更新结构表。PWMOUT [I] = .Count之间PWMOUT第[i 1] .Count之间-PWMOUT第[i 1] .Count之间,I = 1,2,…,31PWMOUT [32] = 2 ^ 16-20ms0.5us-PWMOUT [32] .countStep4:将所有PWM输出设置为高电平以启用定时器中断。骤5:在中断处理作业中,禁用过期的PWM输出端口,并更新下一个计数值。骤6:在20ms的剩余时间内完成接收主计算机数据。骤7:当循环时间为20ms时,立即进入步骤1.生成多个PWM信号的流程图分为上位机和下位机,上位机和下位机。过串行端口1进行通信,如图2所示。
向器的速度控制方法转向器属于位置控制系统。过修改PWM脉冲的持续时间以获得角度的精确控制,例如通过控制方向的方向来旋转角度θ,相应的脉冲宽度为Pw,并且可以将其设置为增加取决于步骤的类型。图6所示。机的角速度由脉冲宽度切换速度控制,从而实现舵机速度调节的目的。距Inc由N调整,如等式(2)所示。法验证在微控制器仿真和开发领域,Proteus具有独特的优势:它可以从理论层面验证可行性,缩短开发周期并降低开发成本。仿真实验中,AT89C52用于验证8的PWM输出。过实验证明该算法可以稳定地提供8个稳定的PWM波形,如图7所示.7度控制机器人手臂舵机的分析和伺服控制器测试结果的分析为了验证该方案的实际控制效果,图7中所示的7 DOF机械臂[13-14]的原型包括: 8(a)在对照实验中,机器人手臂的七个自由度是机械臂的上下滑动,肩部旋转,肩部旋转,肘部旋转,肘部旋转,手腕旋转和手腕旋转,如图3所示。8(b)。估了手臂旋转范围,定位精度和重复性[15-16]。估结果如表1所示。
估方法如下:旋转范围:PWM脉冲宽度设置为0.5 ms和2.5 ms,密封的旋转是测量。度,测量10次得到平均值。
位精度:10组关节旋转角度数据,脉冲宽度为0.5 ms,0.7 ms,0.9 ms,1.1 ms,1.3 ms,1.5 ms ms,1.7 ms,1.9 ms,2.1 ms,2.1 ms,2.3 ms和2.5 ms。10个不同位置的偏差值的平均值。复性:确定相同位置的固定角度10次,重复性可按下式计算:伺服控制器测试结果分析实验结果包括误差,如伺服误差和到传感器。PWM生成算法本身也存在软件错误。文主要分析算法本身的误差。PWM脉冲宽度控制精度主要取决于例程中断,停电中断和服务中断处理的三个阶段的大小,这三个阶段相对稳定并且可以得到补偿和改进。改同步时间。译高性能芯片以最大限度地减少服务中断。设计中使用的PWM芯片是一种廉价的高性能单片微型计算机,其工作频率要求不高:例如,50 Hz可以产生所需的效果。论使用高性能STC15F2K60S2芯片作为芯片控制,中断服务可以减少由中断服务所花费的时间来处理重载定时器的初始值,并降低相应的PWM方案所述输出端口,而提供多个进入/退出端口,便于扩展。要多个PWM输出。先对多通道PWM脉冲宽度进行排序,然后将所有PWM输出端口设置为高电平,然后根据窄到宽的脉冲宽度清除输出端口。PWM连续输出。方法具有多种输出和高精度特性,适用于多种伺服应用。外,仅指示用于调节舵机速度的引导方法,具体实施需要进一步研究。
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