引言：
手臂控制器的機(jī)械結(jié)構(gòu)由直流減速電機(jī)、手臂、螺桿、減速齒輪、角度傳感器組成。機(jī)器人手臂與機(jī)械螺桿相連，螺桿與直流減速電機(jī)通過減速齒輪耦合，各個(gè)手臂控制器通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來達(dá)到控制手臂位置的目的。
近年來，隨著MEMS及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)器人領(lǐng)域已越來越來受人關(guān)注。但由于零件的尺寸很小，微機(jī)器人組件的裝配需要很高的精確度，一般的裝配方法無法滿足要求。本文介紹了一個(gè)可進(jìn)行微零件裝配工作的機(jī)器人手臂控制系統(tǒng)的控制方法。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
考慮到多機(jī)器人手臂的使用，整個(gè)機(jī)器人控制系統(tǒng)由上位機(jī)與多個(gè)下位機(jī)組成。下位機(jī)即是手臂控制器，每個(gè)下位機(jī)控制一個(gè)機(jī)械手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)。上位機(jī)即為控制終端，通過不同配件組裝方式生成每個(gè)手臂的位置數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)線傳輸給各個(gè)下位機(jī)，由下位機(jī)控制手臂到達(dá)目標(biāo)位置并進(jìn)行目標(biāo)操作。
1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)
手臂控制器的機(jī)械結(jié)構(gòu)由直流減速電機(jī)、手臂、螺桿、減速齒輪、角度傳感器組成。機(jī)器人手臂與機(jī)械螺桿相連，螺桿與直流減速電機(jī)通過減速齒輪耦合，各個(gè)手臂控制器通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來達(dá)到控制手臂位置的目的。同時(shí)，手臂控制器具有手動(dòng)調(diào)節(jié)旋柄與螺桿相連，需要時(shí)可通過手動(dòng)調(diào)節(jié)，改變手臂位置。
1.2 電路結(jié)構(gòu)
手臂控制器由使用ARM內(nèi)核的PHLIPS LPC2138系列微處理器控制，電路結(jié)構(gòu)主要分為主控制模塊、測(cè)量反饋模塊和通信模塊，如圖3所示。通過主控制模塊控制電機(jī)狀態(tài)，通過測(cè)量反饋模塊得到螺桿移動(dòng)距離和位置，在達(dá)到規(guī)定位置后停止電機(jī)。而通信模塊則完成與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。
2 電機(jī)控制
電機(jī)控制由主控制模塊和測(cè)量反饋模塊共同完成。
2.1 主控制模塊
主控制器使用PHLIPS LPC2138微處理器，其具有64個(gè)引腳，31個(gè)雙向I／O口，2個(gè)8路10們A／D轉(zhuǎn)換器，能夠進(jìn)行電壓測(cè)量的工作，符合設(shè)計(jì)要求，其引腳分配如表1所示。電機(jī)使用RA-20GM-SD3 型直流減速電機(jī)，其減速箱的減速比達(dá)到了1／1000，在減速后，電機(jī)轉(zhuǎn)速為4.5+／-0.9 rpm，在與1／2減速齒輪組進(jìn)一步耦合后，螺桿轉(zhuǎn)速為2.25 rpm，在所用螺桿齒距為1mm時(shí)，手臂移動(dòng)述牢為3.75×10-2mm／s。
由于本設(shè)計(jì)中電機(jī)需要正反轉(zhuǎn)動(dòng)，故選用了橋路驅(qū)動(dòng)芯片TA8409，其具有兩個(gè)輸入口，兩個(gè)輸出口。微處理器通過控制輸入電平組合即可控制電機(jī)的不同狀態(tài)，包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、剎車減速和停止?fàn)顟B(tài)。
它的輸出電壓與電機(jī)工作電壓相符，即可直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，不用增加放大電路。
2.2 測(cè)量反饋模塊
角度傳感器采用了Midori的CP-2FC，它的機(jī)械角度范圍為360度無限，傳感器把角度變化量轉(zhuǎn)化為電壓量并通過電壓測(cè)量電路反饋回微處理器A／D轉(zhuǎn)換口，通過電壓的變化量可計(jì)算得到螺桿的移動(dòng)距離，這樣就可以得知手臂位置，并以這個(gè)為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送命令。
電壓測(cè)量電路包含由運(yùn)算放人器構(gòu)成的電壓跟隨電路，它既可隔離電路，又可以完成電壓跟隨。
3 通信模塊
3.1 RS-422通信標(biāo)準(zhǔn)
RS-422標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，其全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”。
其接收器采用高輸入阻抗，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器有比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備(Master)，其余為從設(shè)備(Salve)，從發(fā)備之間不能通信，所以RS-422支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信。
RS-422的最大傳輸距離為4000英尺(約1219m)，最大傳輸速率為10Mbit／s。
