Enseñanza del diseño de hardware de robots
El controlador del robot adopta la forma de "controlador principal + servocontrolador". El servocontrolador es responsable de completar el circuito cerrado de posición de una sola articulación. En el control del robot, se requiere que el movimiento sea suave y sin sobrepasos, por lo que el servocontrolador tiene una tarea informática muy pesada. El controlador principal completa principalmente todo el trabajo, excepto el circuito cerrado de posición realizado por el servocontrolador, incluida la recepción de comandos de la computadora host, el monitoreo y visualización del estado del robot, la realización de la interpolación de trayectoria espacial de acuerdo con un determinado algoritmo de control y el procesamiento de información del sensor. Esperando trabajo. Por lo tanto, la tarea del controlador principal también es muy pesada. La parte de amplificación de potencia del sistema se basa en LMD18200, que es un componente de puente H especial para accionamiento de motor de CC lanzado por National Semiconductor. Integra 4 tubos DMOS en el mismo chip para formar un puente de accionamiento tipo H estándar, que solo requiere. Algunas conexiones externas. El dispositivo puede completar la conducción del motor DC. El LMD18200 ofrece modos de accionamiento bipolar y unipolar [4]. Dado que la corriente bipolar fluctúa mucho y la pérdida de energía es grande, el sistema adopta un accionamiento unipolar.
El circuito de interfaz específico se muestra en la Figura 2 (el robot utiliza tres ruedas ortogonales omnidireccionales. Mediante la cooperación de las tres ruedas, el robot puede completar el movimiento en cualquier dirección. Debido a limitaciones de espacio, solo una es Como se muestra en el circuito relacionado con la rueda), el LM629 emite una señal PWM con ciclo de trabajo variable pero frecuencia fija en el pin PWM de acuerdo con el algoritmo de control PID, que se agrega al pin 5 del LMD18200 a través del aislamiento fotoeléctrico. Esta señal PWM se puede ajustar a través de la velocidad del motor LMD18200, los niveles alto y bajo del pin DIR del LM629 pueden controlar la rotación hacia adelante y hacia atrás del motor. Para reducir el impacto de la parte de fuente de alimentación en la parte del controlador, estas dos señales se conectan a través del dispositivo de aislamiento optoelectrónico TLP521, como se muestra en la Figura 2. El pin 2 y el pin 10 están conectados a la armadura del motor de CC. La dirección de la corriente fluye del pin 2 al pin 10 durante la rotación hacia adelante y viceversa durante la rotación hacia atrás. El circuito tiene alta potencia motriz, buena estabilidad, fácil implementación, tamaño pequeño, seguridad y confiabilidad. Para mejorar la confiabilidad del sistema y reducir la interferencia del circuito de alimentación debido a corrientes débiles, el sistema utiliza dos conjuntos de fuentes de alimentación sin conexión a tierra. La fuente de alimentación de 3,3 V utilizada por el sistema mínimo S3C44B0X y la fuente de alimentación de 5 V utilizada por el codificador fotoeléctrico son un conjunto, y la fuente de alimentación de 24 V y la fuente de alimentación de 5 V utilizadas por el LMD18200 son un conjunto. La señal entre las dos fuentes de alimentación está aislada mediante el optoaislador TLP521. La señal del codificador y la señal del reloj del LM629 están formadas por disparadores Schmitt. Además, también se utiliza el módulo WDT del propio S3C44B0X.
Para reducir el consumo de energía del sistema, hemos tomado las siguientes medidas (1): El controlador principal apagará los módulos periféricos no utilizados, como SPI, temporizador 1, I2C, etc.; : El controlador principal Se controla el robot para que entre en el estado de frenado controlando el LMD18200 hasta que alcance la posición especificada sin una nueva tarea (recibida a través del puerto serie). En este momento, el pin 4 del LMD18200 está configurado en una lógica alta. nivel y el pin 5 está configurado en un nivel lógico alto. En este momento, el pin 4 del LMD18200 está configurado en un nivel lógico alto, el pin 5 está configurado en un nivel lógico bajo, todos los transistores en el puente H están apagados y cada transistor solo emite una corriente de polarización de aproximadamente 1,5 mA (3; ): Control maestro Después de ejecutar los pasos en (2), el controlador ingresa al modo inactivo y el valor de su registro se puede guardar. Cuando haya una nueva interrupción, se despertará y el controlador maestro ingresará al estado de funcionamiento normal. .
Para mejorar la confiabilidad del sistema, se utiliza la función de protección diseñada por LMD18200 para proteger el sistema contra sobrecorriente y sobrecalentamiento. El LMD18200 tiene un circuito de medición de protección contra sobrecorriente en su interior y la señal de muestreo actual sale por el pin 8 del LMD18200. El valor típico es 377 µA/A[4]. El LMD18200 proporciona una señal de alarma de temperatura Cuando la temperatura de la unión del chip alcanza los 145 °C, el pin 9 del LMD18200 pasa a un nivel bajo. Estas señales de protección se transmiten al S3C44B0X a través de aislamiento óptico para implementar el monitoreo de sobrecalentamiento y sobrecorriente.