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学兔兔 务I 訇 化 匐 啮 基于FPGA的机械臂位置测量系统研究 Themeasurementsystem oftherobotarm,sposition based onFPGA 张 峰，杨剑锋，高锋阳 ZHANG Feng，、rANG Jian-feng，GAO Feng-yang (兰州交通大学，兰州 730070) 摘 要：机械臂越来越多地运用在工业生产和军事领域，为了完成更加精确的位置控制，必须准确测量 出各个关节的角位移。本文提出了一种机械臂的位置测量系统，设计采用一片FPGA与一片 A／D芯片MAX1312和4个角位移传感器构成一个机械臂的位置测量系统，运用状态机设计A／ D时序电路，采集机械臂各关节的角位移墨，然后将采集到的电压信号用FPGA进行传输和处 理。初步设计了硬件电路并利用QuartusII和modelsim给出了仿真结果。本文设计方案能很好 满足系统功能和性能要求，同时设计又具有开放性，可以在此基础上进行扩展。 关键词：位置测量；FPGA；MAX1312；状态机 中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2013)04(下)-0023-03 Ooi：10．3969／J．issn．1009-0134．2013．04(下)．09 O 引言 长产品的生命周期，提高产品进入市场的时 日1『【。 机械臂是模仿着人手臂和手的部分动作，按给 A／D转换芯片采用MAX l3l2，它是Maxim公 定程序、轨迹和要求实现搬运或操作的自动机械装 司生产的l2位模数转换器，提供8个、4个或2个独 置，生产中应用机械臂可以提高生产的自动化水平 立的输入通道 。其只写配置寄存器可以屏蔽不适 和劳动生产率Ⅲ。机械臂的机械部分由各个关节连 用的通道 ，关断功能降低了功耗 。输入采样 电路 接而成，为保证机械臂精确的抓取操作，准确地完 具有20MHz4~信号带宽，使其能够将高速瞬变信 成机械臂各个关节的位置测量至关重要。 号数字化，由于利用了欠采样技术，能够测量带 本文设计方案采用FPGA作为控制器构成的测 宽超过ADC采样率的周期信号 。 量系统，FPGA具有高集成度和高速的特性，它的 角度传感器采用MCJSV010，量角度范围根据 采集速度可达1MB／s2【】，使之相对于与传统的单片 用户需求可在0~360。范围内设定。输出电压信 机和DSP，更适合于A／D转换的控制，此外独有的 号O～IOV，输 出电压信号具有瞬态电压保护 。供 NiosII核软处理器可以实现DSP的功能，强大的处 电电压12V~28V，具有反向保护 。并具备传统电 理速度