基于stm32的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制分析設(shè)計(jì)(參考版)
2025-06-29 09:41本頁(yè)面
【正文】 通過(guò)編寫控制程序，使主控制器輸出 PWM 波實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)位置的控制。本設(shè)計(jì)是基于STM32四自由度機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以四自由度機(jī)械臂為控制對(duì)象，以意法半導(dǎo)體公司的STM32系列芯片STM32F103ZET6為主控芯片，人機(jī)交互的串口顯示進(jìn)行了系統(tǒng)的硬件的設(shè)計(jì)和研究，并在此基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的控制理論，以正確的控制方法為指導(dǎo)，進(jìn)行了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。本部分的程序流程圖如下：開(kāi)始配置超聲波模塊引腳配置并使能TIM4觸發(fā)超聲波模塊發(fā)射方波，TIM4開(kāi)始計(jì)數(shù)觸發(fā)超聲波模塊收到反射波，TIM4停止計(jì)數(shù)結(jié)束 超聲波模塊初始化流程圖總結(jié)機(jī)械臂控制系統(tǒng)是當(dāng)今社會(huì)的一項(xiàng)非常重要的研究課題，盡管其發(fā)展已經(jīng)有了一段很長(zhǎng)的歷史，但是其發(fā)展并不完全成熟。該設(shè)計(jì)中將PA0、PAPAPAPA6作為 PWM 波的輸出口；PAPA5作為 LED 顯示接口；PAPA8作為超聲波傳感器信號(hào)的接收發(fā)送接口；PBPB7分別作為串口的發(fā)送接收接口（人機(jī)交互）。每個(gè)端口又包括16個(gè) GPIO ，都可承受5V的壓降。本部分的程序流程圖如下：開(kāi)始配置PWM輸出引腳設(shè)置定時(shí)器TIM2各輸出通道占空比設(shè)置定時(shí)器TIM3輸出通道1占空比延時(shí)1000ms，等待手臂初始化完成設(shè)置定時(shí)器TIM4計(jì)數(shù)模式結(jié)束 TIM定時(shí)器初始化流程圖GPIO 可以說(shuō)是STM32最常用的外設(shè)?；径〞r(shí)器可以為用戶提供準(zhǔn)確的時(shí)間參考；通用定時(shí)器不僅具備時(shí)間參考功能，還具有輸入捕捉、輸出比較、單脈沖輸出、 PWM 輸出功能和正交編碼器的特點(diǎn)；高級(jí)定時(shí)器更是加入了可以產(chǎn)生帶死區(qū)控制的互補(bǔ) PWM 信號(hào)、緊急制動(dòng)、定時(shí)器同步等高級(jí)特征，并最多可以輸出6路 PWM 信號(hào)，可謂是意法半導(dǎo)體賦予STM32的王牌。系統(tǒng)嘀嗒校準(zhǔn)值固定為9000，當(dāng)系統(tǒng)嘀嗒時(shí)鐘設(shè)定為9MHz(HCLK/8的最大值)，產(chǎn)生1ms時(shí)間基準(zhǔn)。系統(tǒng)初始化時(shí)，RCC通過(guò)AHB時(shí)鐘(HCLK)8分頻后作為Cortex系統(tǒng)定時(shí)器(SysTick)的外部時(shí)鐘。流程圖如下：開(kāi)始復(fù)位系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置開(kāi)啟外部振蕩器HSE是否成功起振并穩(wěn)定？YN選擇AHB，APB1，APB2頻率使能鎖相環(huán)PLL等待PLL輸出穩(wěn)定，成為時(shí)鐘源結(jié)束 系統(tǒng)時(shí)鐘初始化流程圖 SysTick定時(shí)器SysTick ，即系統(tǒng)節(jié)拍時(shí)鐘，它作為ARM CortexM3內(nèi)核的一個(gè)內(nèi)設(shè)，和STM32微控制器之間并沒(méi)有必然的聯(lián)系。鎖相環(huán)需要以 HSI 或 HSE 作為時(shí)鐘來(lái)源，兩者的差別在于內(nèi)部高速震蕩器 HSI 不能產(chǎn)生穩(wěn)定的8MHz的時(shí)鐘頻率。采用庫(kù)函數(shù)進(jìn)行編程。LM2596的特性如下：輸出電壓可調(diào)，～37V，誤差范圍4%；輸出特性有良好的線性，并且負(fù)載可以調(diào)節(jié)；驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，輸出電流可高達(dá)3A，輸入電壓可高達(dá)40V；采用150kHz的內(nèi)部振蕩頻率，屬于第二代開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器；功耗小、效率高，具有過(guò)熱保護(hù)和限流保護(hù)功能等。 LM2596開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，可以輸出最高達(dá)3A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)也有良好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。它的內(nèi)部所集成有過(guò)熱保護(hù)和限流電路，因此是電池供電和便攜式計(jì)算機(jī)的最佳選擇。機(jī)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(shí)現(xiàn)供電。信號(hào)線把來(lái)自于微控制器的控制信號(hào)傳輸?shù)蕉鏅C(jī)的控制電路板，控制電路板根據(jù)相應(yīng)的控制信號(hào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)帶動(dòng)齒輪組隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速機(jī)構(gòu)減速后傳動(dòng)到輸出舵盤。基于上述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和該機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，該設(shè)計(jì)選用直流伺服電機(jī)負(fù)責(zé)機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)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(guò)SWD接口，我們可以燒錄和調(diào)試程序，開(kāi)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仿真器配合使用。相關(guān)電路如下： 時(shí)鐘電路圖
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