基于DSP的草莓采摘机器人关节控制器的研究.PDFVIP

第2卷 第3期 2007 年 3 月 中国科技论文在线 SCIENCEPAPER ONLINE 231 基于 DSP 的草莓采摘机器人关节控制器的研究 戴刘江，张铁中，杨 丽 ( 中国农业大学农业工程系，北京 100083) 摘 要：本课题以永磁同步电机为执行电机，采用三闭环位置伺服控制方案，直轴电枢电流为 0 的矢量控制策 略，制作了以 DSP 为处理器的运动控制器；采用ACPM750E 为电机功率驱动模块，进行相应控制程序的设计。 实验结果表明基于DSP 的机器人关节控制器的运动误差在0.5% 的范围内。 关键词：运动控制器；矢量控制；PMSM ；DSP 中图分类号：TM35 文献标识码：A 文章编号：1673－7180(2007)03 －0231 －4 0 引言 上位机的位置信号，运用矢量控制算法完成关节电 目前，草莓采摘机器人的研究在国内外受到广泛 机的运动控制。 重视[1,2] 。采摘机器人控制系统是机器人的核心，决定 该控制系统中采用三闭环（电流环、速度环、 机器人的性能和作业效果。基于PC104 工控机和 位置环）位置伺服控制方案，以保证控制系统的位 PMAC2-104 多轴运动控制卡的开放式控制平台在采 置精度，使机器人末端执行装置能准确地运动到所 摘机器人控制系统设计中应用比较广泛 [2,3] ，但价格 要采摘的草莓的位置。系统控制框图如图 1 所示。 昂贵。草莓采摘机器人的购买对象为农户，这就要 永磁同步电机的转子用永磁钢取代了普通同步电机 求机器人的价格合理。本课题旨在研究控制精度高， 的励磁绕组,省去了励磁线圈、励磁电源和电刷，具 响应速度快，占用空间小，价格低适合于采摘机器 有结构简单、动态响应快、定位准确的特点[5] 。本课 人的运动控制器。 题拟采用安川公司的交流伺服电机作为执行电机。 1 草莓采摘机器人关节控制器的方案选择 本研究采用了本实验室已有的采摘机器人平 台[4] 。采摘机器人主要由机构本体、视频信号采集 与处理系统、控制系统和人机界面组成。工作时， 机器人视觉系统通过摄像机采集目标草莓的位置 信号，经图像处理获得所要采摘草莓的空间三维 坐标信息，并将此坐标输入上位机；上位机根据 机器人正、逆运动学计算出机器人的最佳运动轨 图 1 闭环控制系统控制框图 迹；再把运动轨迹信号送给控制器，驱动各个关 Fig. 1 Structure of closed loop controlling system 节有序运动，使末端执行器运动到所要采摘的草 [6] DSP(Digital Signal Processor) 芯 片 ， 如 莓的位置，实现草莓的采摘。 TMS320X240X系列，内部集成了专用外设、具有硬 本课题所研究的控制系统利用 PC 机作为上位 件乘法器，采用哈佛结构，采用流水线操作的指令 机，根据给定末端执行器相对于基坐标系的位姿， 系统，并且采用特殊的DSP指令，从而具有快速指 规划出运动过程中各关节电动机的位置指令值。利 令周期，高速运算和进行大量