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基于DSP的草莓采摘机器人关节控制器的研究
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
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