基于stm32的機械臂運動控制分析設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-23 09:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 32強大的運算和處理能力，采用單CPU 集中控制方式即可滿足要求。本課題研究的機械臂控制系統(tǒng)采用單CPU 集中控制方式，系統(tǒng)框圖如下：計算機JLink仿真器舵機關(guān)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)STM32關(guān)節(jié)控制系統(tǒng) 機械臂控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖計算機用于完成整個系統(tǒng)的管理、發(fā)送指令、運動軌跡規(guī)劃等。計算機通過JLink仿真器將程序下載至STM32微處理器，向關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)發(fā)出位置指令，STM32根據(jù)指令輸出PWM 波，從而使機械臂的各個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)過指定的角度，進而使其按照預(yù)定的軌跡完成搬運任務(wù)。本課題設(shè)計的機械臂關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)以STM32微處理器為核心，對直流伺服電機（舵機）進行較為精確的運動控制。關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)的工作原理是：STM32微處理器內(nèi)部的PWM 單元產(chǎn)生PWM信號，驅(qū)動直流伺服電機旋轉(zhuǎn)。電機驅(qū)動舵機內(nèi)部的齒輪組，其輸出端帶動一個線性的比例電位器作為位置檢測，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號比較，產(chǎn)生糾正脈沖，并驅(qū)動電機正向或者反向的轉(zhuǎn)動，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令糾正脈沖最終趨于為0，從而達到使伺服電機的精確定位[17]。該關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)的主要特點如下：（1）使用以ContexM3為內(nèi)核的STM32F103ZET6作為系統(tǒng)的微控制器，與傳統(tǒng)的51單片機相比起來，具有功耗小，運算能力大大增強的優(yōu)點。（2）采用直流伺服電機驅(qū)動機械臂的各個關(guān)節(jié)，根據(jù)STM32微控制器輸出的PWM 控制信號的占空比來確定直流電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，控制起來簡單，準確。第3章 機械臂控制系統(tǒng)硬件設(shè)計機械臂控制系統(tǒng)通常要滿足如下幾個基本的要求：（1）控制系統(tǒng)的微型化、輕型化和模塊化。（2）控制系統(tǒng)的實時性。（3）系統(tǒng)的穩(wěn)定性和開放性。該機械臂控制系統(tǒng)由主控制模塊、電機驅(qū)動模塊和電源模塊組成，每個子模塊的功能如下：主控制模塊：作為該控制系統(tǒng)的核心，包括 ARM CortexM3 內(nèi)核和有關(guān)外圍電路，主要負責(zé)完成 PWM 波（控制信號）的輸出。驅(qū)動模塊：負責(zé)機械臂各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動，由舵機組成。電源模塊：機械臂控制系統(tǒng)采用雙電源供電模式， DCDC 可調(diào)降壓模塊實現(xiàn)供電。微控制器作為機械臂運動控制系統(tǒng)的核心，如下幾個方面為重點進行微控制器的選擇：★系統(tǒng)時鐘速度★運算速度★功能★電機控制方式★ROM及ROM的大小★控制板的結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)過反復(fù)比較，本設(shè)計采用意法半導(dǎo)體公司的STM32處理器。STM32F103ZET6是基于32位ARM CortexM3內(nèi)核的微處理器，不但支持實時仿真，而且嵌入了512KB的高速閃存。CPU 的最高工作頻率為72MHz，支持Thumb2。 STM32該設(shè)計的主控制模塊的硬件系統(tǒng)包括電源電路、復(fù)位電路、系統(tǒng)時鐘電路以及 JTAG 調(diào)試電路四大組成部分。在硬件電路的設(shè)計中，電源模塊的設(shè)計是非常重要的，如果不能妥善處理，不但會使電路不能正常工作，嚴重的還可能燒毀電路。因此，在設(shè)計電源時務(wù)必要注意如下幾點：（1）交流輸入和直流輸出盡可能保持更大的距離；（2）地線要足夠粗，單點和多點相結(jié)合，同時分離模擬地和數(shù)字地；（3）散熱要好，布局應(yīng)合適； 電源電路圖如上圖所示。 復(fù)位電路圖如上圖所示，B1為整個板的復(fù)位按鈕，當(dāng)按鈕被按下時，STM32處理器、TFT彩屏等都將復(fù)位。STM32的VBAT 的供電是由外部電源完成的，在有外部電源（）的情況下，VBAT 供電而由外部電源實現(xiàn)供電。但是，當(dāng)外部電源斷開的情況下， RTC的走時以及后備寄存器的內(nèi)容就會丟失。相關(guān)電路如下： 時鐘電路圖 JTAG調(diào)試電路軟件程序的編寫通常是需要多次的修改才適用的，因此一些比較先進的調(diào)試手段便應(yīng)運而生。JTAG 仿真調(diào)試手段作為其中的一種，是由ARM 公司提出的。本設(shè)計采用占用IO口資源少的SWD調(diào)試，只需JTAG 仿真器上的4根線就能完成，如下圖所示： SWD調(diào)試電路圖通過SWD接口，我們可以燒錄和調(diào)試程序，開發(fā)板的JTAG接口的硬件連接如上圖所示，可以與目前主流的JLINK V8仿真器配合
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