【正文】 法設(shè)計 .......................................................................................... 38 程序流程圖 : .................................................................................................... 38 電子油門程序 ................................................................................................. 38 電子方向盤及差速器程序 ............................................................................. 40 剎車程序及底盤方向判斷程序 ..................................................................... 41 5 調(diào)試工具和方法介紹 ...................................................................................................... 42 應(yīng)用 PROTUES 進(jìn)行調(diào)試與仿真 ........................................................................... 42 應(yīng)用 IAR EMBEDDED WORKBENCH FOR ARM 進(jìn)行編程調(diào)試 ...................... 43 6 結(jié)論 .................................................................................................................................. 43 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................ 44 附錄 ........................................................................................................................................ 44 附錄 1：主控板程序代碼 .............................................................................................. 44 附錄 2： LM629 控制程序 ............................................................................................. 44 附錄 3：總電路原理圖（ A0 圖） ................................................................................ 44 附錄 4： STM32 最小系統(tǒng)原理圖 （ A2 圖） ............................................................. 44 附錄 5： 手動機(jī)器人總裝配圖（ A1 圖） .................................................................. 44 1 手動機(jī)器人自控系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 生： 謝雨帆 指導(dǎo)老師：康 江 （湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 東方科技學(xué)院 ，長沙 410128） 摘 要 ： 在國內(nèi)外機(jī)器人競賽熱潮的背景下，作為人才新生主力軍的大學(xué)生，自制機(jī)器人參加各種比賽已經(jīng)成為了大學(xué)校園里一道亮麗的風(fēng)景線。長沙 提交日期： 20xx 年 05月 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 東方科技學(xué)院全日制普通本科生 畢業(yè)設(shè)計誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。需要完成一定難度的硬幣精確抓放，搬運收集機(jī)器人并精確放置等工作（題目源于 20xx年亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽）。 PWM speed control； 1 前言 機(jī)器人涉及多學(xué)科交叉綜合；人工智能、機(jī)器 人技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息及編程技術(shù)、計算機(jī)學(xué)、材料學(xué)、電子技 術(shù)、傳動技術(shù)、接口技術(shù)、 單片機(jī)原理 、精密機(jī)械技術(shù)、自動控制理論、伺服傳動技術(shù) 等諸多領(lǐng)域的技術(shù)集成。然后，自動機(jī)器人啟動把公共區(qū)的籃子搬到手動區(qū)并回到啟動區(qū)，與此同時，手動機(jī)器人需要把收集機(jī)器人搬起運到自動機(jī)器人上，由手動機(jī)器人把收集機(jī)器人搬運到 自動機(jī)器人上 。 驅(qū)動裝置是驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的機(jī)構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機(jī)器人進(jìn)行動作。通過總 結(jié)往屆的經(jīng)驗，小組制定了如下機(jī)器人設(shè)計原則。目前大部分自動機(jī)器人 尚處于預(yù)編程的水平上，無法達(dá)到高要求的定位標(biāo)準(zhǔn)。由于手動機(jī)器人在亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽中要抬起一臺和自身相當(dāng)重的自動機(jī)器人，而普通的電機(jī)達(dá)不到自鎖能力，所以我們額外給升降結(jié)構(gòu)增加一個棘輪機(jī)構(gòu)來 6 實現(xiàn)普通電機(jī)的這個缺陷。為了解決這個問題，我們 采用棘輪機(jī)構(gòu)： 在抬起采集機(jī) 器人停在某 一高度時采用棘輪 鎖死 其位置，當(dāng)其要升降時機(jī)將其打開，然后啟動 升降電機(jī)從而實現(xiàn)升降。通過電平控制啟動模塊的狀態(tài)。 但是 AVR 系列單片機(jī)都不具備硬件正交增量編碼器功能。這樣在串口通信的前提下既保證了手動機(jī)器人各個模塊控制靈活性，又同時保證了中央處理模塊的響應(yīng)速度和處理能力。 CortexM3 處理器整合了以下組件： 10 (1) ARMv7M： Thumb2 ISA 子集，包含所有基本的 16 位和 32 位 Thumb2 指令， (2) 硬件除法指令， SDIV 和 UDIV（ Thumb2 指令） (3) 處理模式（ handler mode）和線程模式（ thread mode） (4) 可中斷 可繼續(xù)（ interruptiblecontinued）的 LDM/STM， PUSH/POP，實現(xiàn)低中 斷延遲。如下圖所示是STM32F103VET6 的最小工作系統(tǒng)原理圖。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分： 第一部分是電荷泵電路。 第三部分是供電。 圖 13 LM629 LM629 LM629 特性 （ 1） 內(nèi)部有 32 bit 的位置、速度和加速度寄存器； （ 2） l6 bit 可編程數(shù)字 PID 控制器； （ 3） 可編程微分項采樣時間間隔； （ 4） 8 bit 分辨率的 PWM 輸出； 14 （ 5） 內(nèi)部梯形速度圖發(fā)生器； （ 6） 可以進(jìn)行位置和速度控制； （ 7） 速度、位置和數(shù)字 PID 控制器參數(shù)可以在控制過程中改變； （ 8） 實時可編程中斷； （ 9） 可對增量式光電編碼盤的輸出進(jìn)行 4倍頻處理； DC 電氣特性 表 1 LM629 DC 電氣特性 Table1 DC Electricity characteristic of the LM629 最小值 典型值 最大值 單位 供電 V 消耗電流 110 mA 輸入邏輯高電平 V 輸入邏輯低電平 V 輸入電流 10 μ s μ A 輸出邏輯高電平 500 V 輸出邏輯低電平 V 輸出電流 10 10 μ A AC 電氣特性 表 2 LM629 AC 電氣特性 Table2 AC Electricity characteristic of the LM629 引腳定義 圖 14 LM629 引腳定義圖 Lead feet definition of the LM629 最小值 典型值 最大值 單位 輸入時鐘 fclk 6 6 8 MHz 采樣信號周期 16\fclk μ S 駐留時間 8\fclk V 時鐘脈沖寬度 57 nS 時鐘周期 166 nS 復(fù)位脈沖寬度 8\fclk μ S 15 表 3 LM629 引腳定義 Table3 Lead feet definition of the LM629 LM629 引腳 引腳名字 I/O 應(yīng)用說明 1 IN Input 編碼 IN信號 2 A Input 編碼 A信 3 B Input 編碼 B信 411 D7D0 Input 數(shù)據(jù)端口 12 CS IO 讀寫片選 13 RD Input 讀控制端口 14 GND GND 電源地 15 WR Input 寫控制端口 16 PS Input 數(shù)據(jù)命令的片選控制端口 17 HI Output 中斷輸出端口 18 PWM_SING Output 方向信號輸出端口 19 PWM_MAG Output PWM 信號輸出端口 2025 NC 不用 26 CLK Output 系統(tǒng)時鐘信號輸入 27 RST Output 復(fù)位信號輸入端口 28 VDD Power 電源端口 LM629 工作 原理 如圖 4，利用個增量式光電編碼盤來反饋電動機(jī)的實際位置。 圖 14 系統(tǒng)框圖 The system Block Diagram 16 圖 15 編碼盤信號 Quadrature Encoder Signals 圖 16 運行軌跡 Movement track 運動軌跡參數(shù) 位置控制時， LM629要求主處理器提供軌跡參數(shù)．速度、速度和位置值，并且這些參數(shù)必須轉(zhuǎn)化為 LM629所要求的形式。 (3)加速度 ： 17 設(shè) A （假設(shè)為每分鐘 600轉(zhuǎn)）為需向 LM629 寫入的目標(biāo)加速度值，單 counts/sample2，故有 A=L T期望加速度 =20xx 341 341=。 PID 參數(shù) 表 5 PID 控制字 Table5 Filter Control word Bit Allocation of the LM629 位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 說明 積分極限 KD KI KP 不用 不用 不用 不用 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... 0 65536 1 1 1 1 1 1 0 LM629 內(nèi)部有一個數(shù)字 PID 控制器，用來控制閉環(huán)系統(tǒng)。 例如當(dāng)位置超差的時候， LM629 的 HI端口便會變?yōu)榈碗娖?，這時單片機(jī)的外部中斷便可以采樣到中斷的信號，然后通過寫入 RDSTAT 和 RDSIGS 的指令，然后讀出具體的中斷源，來停止對電機(jī)的控制。 （ 4） JTAG 接口 ( 與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容 ) （ 5） 符合 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能，支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能，通過 JTAG 接口實現(xiàn)對 Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程。 LMD18200 外形結(jié) 21 構(gòu)如圖 10所示，電路框圖如圖 10 所示。 5 PWM 信號輸入端 PWM 信號與驅(qū)動電流方向的關(guān)系見表 1。引腳 10接直流電機(jī)電樞，正轉(zhuǎn)時電流的方向應(yīng)該從引腳步到引腳 10；反轉(zhuǎn)時電流的方向應(yīng)該從引腳 10 到引腳