基于stm32的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制分析設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧資料
2025-07-02 09:41本頁(yè)面
【正文】 JTAG調(diào)試電路軟件程序的編寫(xiě)通常是需要多次的修改才適用的，因此一些比較先進(jìn)的調(diào)試手段便應(yīng)運(yùn)而生。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(shí)現(xiàn)供電。因此，在設(shè)計(jì)電源時(shí)務(wù)必要注意如下幾點(diǎn)：（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(diǎn)和多點(diǎn)相結(jié)合，同時(shí)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。 STM32該設(shè)計(jì)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(shí)鐘電路以及 JTAG 調(diào)試電路四大組成部分。STM32F103ZET6是基于32位ARM CortexM3內(nèi)核的微處理器，不但支持實(shí)時(shí)仿真，而且嵌入了512KB的高速閃存。電源模塊：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。該機(jī)械臂控制系統(tǒng)由主控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊組成，每個(gè)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(fù)責(zé)完成 PWM 波（控制信號(hào)）的輸出。（2）控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。（2）采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)，根據(jù)STM32微控制器輸出的PWM 控制信號(hào)的占空比來(lái)確定直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，控制起來(lái)簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確。電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)內(nèi)部的齒輪組，其輸出端帶動(dòng)一個(gè)線性的比例電位器作為位置檢測(cè)，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標(biāo)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(hào)比較，產(chǎn)生糾正脈沖，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向或者反向的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dá)到使伺服電機(jī)的精確定位[17]。本課題設(shè)計(jì)的機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)以STM32微處理器為核心，對(duì)直流伺服電機(jī)（舵機(jī)）進(jìn)行較為精確的運(yùn)動(dòng)控制。本課題研究的機(jī)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(jì)算機(jī)JLink仿真器舵機(jī)關(guān)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)STM32關(guān)節(jié)控制系統(tǒng) 機(jī)械臂控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖計(jì)算機(jī)用于完成整個(gè)系統(tǒng)的管理、發(fā)送指令、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃等。下位的微處理器根據(jù)指令對(duì)各關(guān)節(jié)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。（3）二級(jí)主從式控制方式：該控制方式需要主從兩個(gè)CPU，即上位機(jī)和下位的單片機(jī)兩層結(jié)構(gòu)。HeroⅠ、RobotⅠ 等這些時(shí)代較早的機(jī)器人采用的就是這種單CPU 集中控制方式的結(jié)構(gòu)，但由于在控制的過(guò)程中需要進(jìn)行大量的計(jì)算，因此這種控制方式的控制速度一般比較慢。從計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)、控制方式方面來(lái)劃分，機(jī)械臂控制器大約可分為3種：?jiǎn)蜟PU 集中控制方式、多CPU 分布式控制方式、二級(jí)CPU 主從式控制方式。其中機(jī)械臂的手臂的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)四個(gè)關(guān)節(jié)以及末端手爪的開(kāi)合。自由度越多的機(jī)械臂，具有更大的運(yùn)動(dòng)的靈活性，通用性也越強(qiáng)，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)。機(jī)械臂的自由度是一個(gè)非常重要的參數(shù)，取決于機(jī)械臂的類(lèi)型及其結(jié)構(gòu)，并且在很大程度上直接決定到機(jī)械臂能否完成預(yù)定的任務(wù)。要盡可能減小機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量。為了避免機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生不必要的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，臂桿最好設(shè)計(jì)成方形或是花鍵等形式。為了避免機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生較大的形變，要合理選擇手臂的截面形狀。機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)形式必須基于其運(yùn)動(dòng)形式、動(dòng)作自由度、抓取質(zhì)量、受力情況和其他的因素來(lái)確定，整個(gè)系統(tǒng)的總質(zhì)量比較大，受力也比較復(fù)雜，其運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量直接影響到機(jī)械臂的剛度和強(qiáng)度。這樣只要知道關(guān)節(jié)變量θ1,θ2,θ3和,θ4的值，就可以完全確定機(jī)器人手爪的位置和姿態(tài)。計(jì)算的值。,θ3=90176。將連桿變換矩陣(2)~(4)相乘，便得到了該機(jī)器人手爪的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 (5)其中，機(jī)器人手爪姿態(tài)方程為機(jī)器人手爪的位置方程為為檢驗(yàn)所得結(jié)果的正確性，取θ1=90176。由矩陣(1）可知：連桿變換依賴(lài)于四個(gè)參數(shù)和，其中只有一個(gè)參數(shù)是變化的，對(duì)于本文所研究的機(jī)器人，顯然只有為變量，其余三個(gè)參數(shù)為常量。c1,c2,cs3,c4分別表示sinθ1,sinθ2,sinθ3,sinθ4。用齊次坐標(biāo)來(lái)描述機(jī)器人各連桿相對(duì)于參考坐標(biāo)系的空間幾何關(guān)系；用44的齊次變換矩陣來(lái)描述相鄰兩桿的空間幾何關(guān)系；從而推導(dǎo)
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