基于stm32的機械臂運動控制分析設(shè)計-wenkub.com
2025-06-23 09:41 本頁面
【正文】 在整個系統(tǒng)的設(shè)計中，硬件的設(shè)計是本論文研究的重點，芯片的選型是系統(tǒng)硬件設(shè)計的保證，并且輔以可靠性分析為指導(dǎo)，保證了系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。首先，STM32的PA7端口接超聲波傳感器的 TRIG 口，觸發(fā)測距信號，發(fā)出10us的高電平信號；然后，超聲波發(fā)射器自動發(fā)送8個40KHz的方波，接收器檢測返回信號；然后，PA8端口接的 ECHO 發(fā)給STM32 微控制器一個高電平，用TIM4來測量高電平的持續(xù)時間。STM32F103ZET6提供多達112個雙向 GPIO ，分別分布在 A~G 這7個端口中。本部分的程序流程圖如下：開始設(shè)置Systick重裝載時間失能Systick定時器設(shè)定中斷函數(shù)，獲取節(jié)拍使能Systick定時器結(jié)束 SysTick定時器初始化流程圖 TIM定時器STM32微控制器具備高級定時器TIM1和TIM8 2個，通用定時器TIMTIMTIM4和TIM5 4個以及基本定時器TIM6和TIM7 2個，再加上 RTC 和 Systick 定時器，總數(shù)量達到了10個。SysTick的存在既能夠提供必要的系統(tǒng)節(jié)拍，為實時操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度提供一個有節(jié)奏的“心跳”，進而提高可靠性，又方便了程序在不同器件間的移植。STM32 CPU 的時鐘源可以來自內(nèi)部高速振蕩器（HSI）、外部高速振蕩器（HSE）或者內(nèi)部鎖相環(huán)（PLL）。常用于高效率降壓調(diào)節(jié)器，單片開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，正、負電壓轉(zhuǎn)換器等。由于舵機的輸出軸和位置反饋電位計是連接在一起的，所以在舵盤轉(zhuǎn)動的時候會帶動位置反饋電位計，電位計根據(jù)當前位置將一個電壓信號反饋到控制電路板，然后控制電路板根據(jù)電位計反饋回來的數(shù)據(jù)決定電機后續(xù)的轉(zhuǎn)動方向和速度，從而使舵機運動到指定的位置后停止運動，可以實現(xiàn)對位置的精確控制。 通常對機械臂的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有：（1）驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量不應(yīng)太重，效率也應(yīng)較高；（2）響應(yīng)速度快；（3）動作靈活，位移偏差以及速度偏差均較小；（4）安全可靠；（5）操作和維護方便；（6）經(jīng)濟合理，占地面積要盡可能的小。但是，當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。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。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。（3）系統(tǒng)的穩(wěn)定性和開放性。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。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)。上位機負責(zé)運動軌跡的規(guī)劃、運動學(xué)計算等任務(wù)，根據(jù)預(yù)定的位置，計算出各個關(guān)節(jié)的運動量，以指令形式傳送給下位的微處理器。（1）單CPU 集中控制方式：單CPU 集中控制系統(tǒng)必須是一個強大的控制系統(tǒng)，它的全部控制功能是用一臺功能強大的計算機實現(xiàn)的。所設(shè)計的搬運機械臂采用四個自由度就可以完成設(shè)定的搬運任務(wù)。該設(shè)計根據(jù)機械臂的功能及搬運工作的任務(wù)的特點以及類型，為了使其在一定程度上具有操作的靈活性和運行性能的良好，經(jīng)過多次的比較、討論后，該設(shè)計選用多關(guān)節(jié)型的機械臂，它不僅具有動作的角度大的優(yōu)點，還可以使機械臂在更大的空間內(nèi)的運動。（2）導(dǎo)向性要好。第2章 機械臂控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計作為機械臂的一個重要組成部分，手臂不僅起到支撐被抓物體、手爪和其他關(guān)節(jié)的作用，而且還可以驅(qū)動手爪抓取物體，并根據(jù)事先預(yù)定的位置將物體搬運到指定地點。,θ4=0176。 機器人運動學(xué)正解指：在已知機器人各關(guān)節(jié)變量θi(i=1,…,n)的基礎(chǔ)上，求解出機器人末端執(zhí)行器的位置矢量p和姿態(tài)矢量n,o,a的過程。表1 機器人連桿的
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