【正文】 4.5/UCLK1/S3648P4.4/SOMI1/S3749P4.3/SIMO1/S3850P 4 .2 / S T E 1 / S 3 951C O M 052P 5 .2 / C O M 153P 5 .3 / C O M 254P 5 .4 / C O M 355R 0 356P 5 .5 / R 1 357P 5 .6 / R 2 358P 5 .7 / R 3 359D V c c 260D V s s 261P 4 .1 / U R X D 162P 4 .0 / U T X D 163P 3 .7 / T B 464P 3 .6 / T B 565P 3 .5 / T B 466P 3 .4 / T B 367P 3 .3 / U C L K 068P 3 .2 / S O M I 069P 3 .1 / S I M O 070P 3 .0 / S T E 071P 2 .7 / A D C 1 2 C L K72P 2 .6 / C A O U T73P 2 .5 / U R X D 074P 2 .4 / U T X D 075P2.2/TB177P2.1/TB078P2.0/TA279P1.7/CA180P1.6/CA081P1.5/TACLK/ACLK82P1.4/TBCLK/SMCLK83P1.3/TBOUT/SVSOUT84P1.2/TA185P1.1/TA0/MCLK86P1.0/TA087XT2OUT88XT2IN89TDO/TDI90TDI91TMS92TCK93/RST/NMI94P6.0/A095P6.1/A196P6.2/A297AVss98DVss99AVcc100S1527S3345P2.3/TB276 圖 MSP430F449 引腳圖 CAN 總線 接口設(shè)計(jì) CAN 總線簡(jiǎn)介 概述 對(duì)于一般控制 ， 設(shè)備間連鎖可以通過(guò)串行網(wǎng)絡(luò)完成。當(dāng)所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時(shí) ，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨(dú)立的部分有物理目的地址。 CAN 具有較高的效率是因?yàn)榭偩€僅僅被那些請(qǐng)求總線懸而未決的站利用 ， 這些請(qǐng)求是根據(jù)報(bào)文在整個(gè)系 統(tǒng)中的重要性按順序處理的。在相鄰的兩條報(bào)文間有一很短的間隔位 ，如果這時(shí)沒(méi)有站進(jìn)行總線存取 ， 總線將處于空閑狀態(tài)。例如 ， 五個(gè)連續(xù)的低電平位后 ， CAN 自動(dòng)插入一個(gè)高電平位。殘余數(shù)據(jù)錯(cuò)誤概率必須非常小 ， 使其在系統(tǒng)整個(gè)壽命周期內(nèi) ， 按平均統(tǒng)計(jì)時(shí)幾乎檢測(cè)不到。與一般的通信總線相比 ， CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。設(shè)計(jì)一個(gè) CAN 系統(tǒng)時(shí)，物理層具有很大的選擇余地，但必須保證 CAN協(xié)議中媒體訪問(wèn)層非破壞性位仲裁的要求，即出現(xiàn)總線競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，具有較高優(yōu)先權(quán)的報(bào)文獲取 總線競(jìng)爭(zhēng)的原則，所以要求物理層必須支持 CAN 總線中隱性位和顯性位的狀態(tài)特征。如果被接收，報(bào)文存入 RXFIFO。如果被接收 ，報(bào)文存入RXFIFO。 5)位流處理器：它是一個(gè)控制發(fā)送緩沖器、 RXFIFO并行數(shù)據(jù)和 CAN總工學(xué)學(xué)士論文 硬件設(shè)計(jì)與選型 線 (串行數(shù)據(jù) )之間數(shù)據(jù)的序列發(fā)生器，同時(shí)它也執(zhí)行錯(cuò)誤檢測(cè)、仲裁、位填充和 CAN總線錯(cuò)誤處理功能。接收緩沖器 RXB是提供給CPU可訪問(wèn)的 13字節(jié)的窗口，這個(gè)窗口是屬于接收 FIFO(RXFIFO)的一部分，共由 64字節(jié)長(zhǎng)。該電路的主要功能是通過(guò) CAN 總線接收來(lái)自上位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析組態(tài)然后下傳給下位機(jī)的控制電路實(shí)現(xiàn)控制功能，當(dāng) CAN 總線接口接收到 傳輸 數(shù)據(jù)， SJA1000 就產(chǎn)生一個(gè)中斷，引發(fā)微處理器產(chǎn)生中斷，通過(guò)中斷處理程序接收每一幀信息并通過(guò) CAN 總 線上傳給上位機(jī)進(jìn)行分析。它與 PCA82C200 在管腳、電氣特性上完全兼容 ， 不僅有 和 PCA82C200 一樣的基本 CAN (Basic CAN)工作模式 ， 而且新增加了增強(qiáng) CAN ( Peli CAN)工作模式 ， 這種模式支持具有很多新特性的 CAN2. 0B 協(xié)議。在總線空閑狀態(tài)，發(fā)送隱性位。而且 ， CAN 具有的完善的通信協(xié)議可由 CAN 控制器芯片及其接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn) ， 從而大大降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度 ， 縮短了開(kāi)發(fā)周期 ，這些是只僅僅有電氣協(xié)議的 RS485 所無(wú)法比擬的。如果數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃宰銐蚋?， 或者殘留下來(lái)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤足夠低的話 ， 這一目標(biāo)不難實(shí)現(xiàn)。 5)位填充 一幀報(bào)文中的每一位都由不歸零碼表示 ， 可保證位編碼的最大效率。 應(yīng)答場(chǎng) (ACK)包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符。注意 ， 總線中的信號(hào)持續(xù)跟蹤最后獲得總線讀取權(quán)的站的報(bào)文。 CAN 芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出 ，這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。 10)線串行編程，不需要外部編程電壓。 5)方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境 目前 MSP430 系列有 4 種類型器件： OTP 型、 FLASH 型、 EPROM 型和 ROM 型。這些微控制器被設(shè)計(jì)為可用電池工作。 規(guī)劃器主要負(fù)責(zé)路徑規(guī)劃，即根據(jù)作業(yè)任務(wù)確定實(shí)時(shí)計(jì)算和生成運(yùn)動(dòng)軌跡。這就意味著需要六個(gè)數(shù)據(jù)才能完全確定剛體物體的位置和姿態(tài)。智能傳感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性和智能化的水準(zhǔn)。 目前我國(guó)機(jī)器人研究的主要內(nèi)容如下： 1)示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究 這些研究主要包括：關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門(mén)式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化，通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；弧焊機(jī)器人用激光視覺(jué)焊縫跟蹤裝置的開(kāi)發(fā)；焊接機(jī)器人的離線示教編程及工作站系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真；電 子行業(yè)用裝配機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；批量生產(chǎn)機(jī)器人所需的專用制造、裝配、測(cè)試設(shè)備和工具的研究開(kāi)發(fā)。這是一個(gè)概括的、含義廣泛的概 念。 圖 Unimate 工業(yè)機(jī)器人和 Versatran 工業(yè)機(jī)器人 1958 年，被譽(yù)為 “工業(yè)機(jī)器人之父 ”的 Joseph F. Engel Berger 創(chuàng)建了世界上第一個(gè)機(jī)器人公司 ——Unimation(Universal Automation)公司，并參與設(shè)計(jì)了第一臺(tái) Unimate 機(jī)器人，如圖 所示。 其次，按照控制方式機(jī)器人可分為操作機(jī)器人、程序機(jī)器人、示教再現(xiàn)機(jī)器人、智能機(jī)器人和綜合機(jī)器人。盡管從原理上講，類人機(jī)器人是機(jī)器人，并具有與機(jī)器人相同的設(shè)計(jì)與控制原理，但本設(shè)計(jì)研究的機(jī)器人是工業(yè)用機(jī)械手型機(jī)器人。 關(guān)鍵詞 ： 工業(yè)機(jī)器人 ； 控制器 ； 嵌入式 工學(xué)學(xué)士論文 摘要 ABSTRACT With the development of science and technology, robots are applied to industry and life more and more widely. This task is on the design of embedded servo controller of the teleoperation control system of a industrial robot. Through dealing with the mand from the host microprocessor and the feedback signal, it realizes the wired remote control and the reoccurrence of the original orbit. The design mainly consists of two parts: hardware and software design. In terms of hardware, the ultralow powered mixed signal controller MSP430 of the MSP430 series produced by TI Inc is chosen as the main microprocessor, CAN bus is used to municate with the host microprocessor, for the goal of controlling the drive through isolating and amplifying the signal and collecting the feedback signal from the optical encoder. In terms of software, it consists of the main program, bus munication program, automatic control program and so on. This design bines a variety of professional knowledge, embedded system is used to develop the control performance of the robot, hardware is used to plete the control algorithm and all above is for dispatching the tasks reasonably, realtime controlling and municating, promoting the full integration of robots and industry. Keywords: industrial robot。工業(yè)機(jī)器人有搬運(yùn)、焊接、裝配、噴漆、檢查等機(jī)器人，主要用于現(xiàn)代化的工廠和柔性加工系統(tǒng)中 。 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 全球機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r 1954 年，美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念 [2]，并 申請(qǐng)了專利。隨后，工業(yè)機(jī)器人在日本得到了巨大發(fā)展，日本也因此而贏得了 “機(jī)器人王國(guó) ”的美稱 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使機(jī)器人在功能和技術(shù)層次上有了很大的提高，移動(dòng)機(jī)器人和機(jī)器人 的視覺(jué)和觸覺(jué)等技術(shù)就是典型的代表。幾年后，美國(guó)反而要從日本進(jìn)口機(jī)器人。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。 同樣，要確定一個(gè)剛體 (一個(gè)三維物體，而不是一個(gè)點(diǎn) )在空間的位置，首先需要在該剛體上選擇一個(gè)點(diǎn)應(yīng)指定該點(diǎn)的位置，因此需要三個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)確定該點(diǎn)的位置。 課題組總框架 本課題 組 是一個(gè)完整的工業(yè)機(jī)器人遙操作嵌入式伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，工學(xué)學(xué)士論文 設(shè)計(jì)概述 由示教操作器、規(guī)劃器和嵌入式伺服控制器組成，總體框圖見(jiàn) 附錄一 。 (3) 反饋信號(hào)的采集與處理 利用光電編碼器輸出的信息， 經(jīng)過(guò)合理的處理，得到電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速等信息。它們分別是以下一些 模塊的不同組合： 外圍模看門(mén)狗 (WDT) 定時(shí)器 A(TimerA) 定時(shí)器 B(TimerB) 比較器 串口 0、 1(USART0、 1) 硬件乘法器 液晶驅(qū)動(dòng)器 10 位 /12 位 ADC 14 位 ADC(ADCl4) 端口 0(P0) 端口 1~6(P1~P6) 基本定時(shí)器 (Basic Timer) 以上 外圍模塊 再 加 上多種存儲(chǔ)器方式就構(gòu)成了不同 型號(hào)的器件。 8)2 個(gè)串行通信模塊 USART0/1，可軟件選擇 UART/SPI 模式。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)符是唯一的 ， 不可能有兩 個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的報(bào)文。如圖 所示 ， 當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)發(fā)送報(bào)文時(shí) ， 站 1 的報(bào)文標(biāo)識(shí)符為 011111； 站2 的報(bào)文標(biāo)識(shí)符為 0100110； 站 3 的報(bào)文標(biāo)識(shí)符為 0100111。它還包括一個(gè)保留位 (ro)， 為將來(lái)擴(kuò)展使用。 CAN 協(xié)議也可通過(guò)位檢查的方法探測(cè)錯(cuò)誤。為此