一种基于DSP平台的排爆机械臂控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于DSP平台的排爆机械臂控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

排爆机器人是针对公安、航空、军事、矿井等危险、重要、有害环境下应用的特种作业机器人，它不受任何外界电磁干扰，可以代替人在危险、重要、有害环境中进行观察、检查、搬运、清理、操作及安放特殊装置，用以保证人员的安全、健康。由于科技含量较高，排爆机器人往往“身价”不菲。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于DSP平台的排爆机械臂控制系统，以DSP为中央处理核心，用6个伺服电机配合铝制合金搭建机械臂硬件结构，利用DSP增强型PWM模块驱动伺服电机，上位机采用PC机进行控制。实现了串口测试软件向SCI模块发送指令的功能，从而控制机械臂，仿生模仿人手的各类运动。该控制系统精度高，调节快，该机械臂有的承重能力，能准确握紧危险品并放于隔离箱中。

本发明所采用的技术方案是：所述控制系统利用上位机向DSP发送指令，驱动机械臂，实现6个关节的协调运动。DSP通过地址数据总线和FPCA连接，进而控制驱动部分。驱动部分为8个直流电机，以履带形式走动，驱动部分前端含超声波测距模块及无线视频采集模块，能够识别前方是否有障碍物。

所述控制系统中，TMS320 F28335拥有浮点数处理单元，6个直接存储器访问DMA通道，12个PWM输出通道，6个高精度PWM通道，3个SCI通信模块，12个可配置外部中断，处理能力比F2812更强，对于复杂的运动控制排爆机器臂而言，DSP选择F28335更为合适。

所述控制系统利用EPWM1A-EPWM6A产生6路PWM脉冲信号，完成对机械臂6个关节的控制。6个关节点采用舵机(伺服电机)驱动，设计目标:机械臂总长度为400mm，手爪能够抓起500g的物品，工作电流1~3A,精度控制在1°以内。

所述控制系统根据设定的相关参数选择控制方式和执行机构，现场控制模块将采集到的数据通过总线实时地发送给主控机，主控机的决策软件根据上报数据和参数进行运算，并向各控制模块传输控制量，指示相关机构动作。机械臂由6路伺服电机驱动，控制器为TM 5320 F28335。该控制器带有SCI模块，允许使用NRZ协议进行串行通讯，因此可以直接通过SCI模块与主控机通讯。直流伺服电机是一种将输入信号转换为转轴上的角位移或角速度来执行控制任务的直流电机，其转速和转向随输入信号的变化而变化，并具有一定的负载能力，在各类自动控制系统中广泛用作执行元件。直流伺服电机具有响应迅速、精度和效率高、调速范围宽、负载能力大、控制特性优良等优点。

所述控制系统的软件开发环境为CCS3.3系统，硬件平台为TI公司的TMS320 F28335型数字信号处理器。与以往的定点DSP相比，该器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高，数据以及程序存储量大，A/D转换更精确快速等。

本发明的有益效果是：该控制系统以DSP为中央处理核心，用6个伺服电机配合铝制合金搭建机械臂硬件结构，利用DSP增强型PWM模块驱动伺服电机，上位机采用PC机进行控制。实现了串口测试软件向SCI模块发送指令的功能，从而控制机械臂，仿生模仿人手的各类运动。该控制系统精度高，调节快，该机械臂有的承重能力，能准确握紧危险品并放于隔离箱中。

附图说明

图1是本发明的机械臂设计方案图。

图2是本发明的闭环反馈控制系统图。

图3是本发明的系统软件设计流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，控制系统利用上位机向DSP发送指令，驱动机械臂，实现6个关节的协调运动。DSP通过地址数据总线和FPCA连接，进而控制驱动部分。驱动部分为8个直流电机，以履带形式走动，驱动部分前端含超声波测距模块及无线视频采集模块，能够识别前方是否有障碍物。

控制系统中，TMS320 F28335拥有浮点数处理单元，6个直接存储器访问DMA通道，12个PWM输出通道，6个高精度PWM通道，3个SCI通信模块，12个可配置外部中断，处理能力比F2812更强，对于复杂的运动控制排爆机器臂而言，DSP选择F28335更为合适。

,控制系统利用EPWM1A-EPWM6A产生6路PWM脉冲信号，完成对机械臂6个关节的控制。6个关节点采用舵机(伺服电机)驱动，设计目标:机械臂总长度为400mm，手爪能够抓起500g的物品，工作电流1~3A,精度控制在1°以内。

如图2，根据设定的相关参数选择控制方式和执行机构，现场控制模块将采集到的数据通过总线实时地发送给主控机，主控机的决策软件根据上报数据和参数进行运算，并向各控制模块传输控制量，指示相关机构动作。机械臂由6路伺服电机驱动，控制器为TM 5320 F28335。该控制器带有SCI模块，允许使用NRZ协议进行串行通讯，因此可以直接通过SCI模块与主控机通讯。直流伺服电机是一种将输入信号转换为转轴上的角位移或角速度来执行控制任务的直流电机，其转速和转向随输入信号的变化而变化，并具有一定的负载能力，在各类自动控制系统中广泛用作执行元件。直流伺服电机具有响应迅速、精度和效率高、调速范围宽、负载能力大、控制特性优良等优点。

如图3，控制系统的软件开发环境为CCS3.3系统，硬件平台为TI公司的TMS320 F28335型数字信号处理器。与以往的定点DSP相比，该器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高，数据以及程序存储量大，A/D转换更精确快速等。

利用DSP的EPWM模块，可以产生周期为20ms的周期性脉冲，并且通过调节CMPA的值改变输入正脉冲宽度，从而实现伺服电机的0°~180°的转动，令机械臂6个关节能够按照设计要求运动。利用DSP的SCI模块，上位机向SCI发送指令，SCI模块接收到指令后送DSP处理，再送EPWM模块。串行通信接口SCI是一个采用发送、接收双线制的异步串行通信接口，即UART口，它支持16级的接收发送FIFO，从而降低了串口通信时CPU的开销。SCI模块支持CPU和其他使用NRZ的外围设备之间的数字通信。为了保证数据的完整，SCI模块对接收到的数据进行间断检测、奇偶校验、超限检测以及错误检测。通过对16位的波特率控制寄存器进行编程，可以配置不同的SCI通信速率。增强型SCI的主要特点是自动波特率检测和16级发送/接收FIFO。发送和接收缓冲器增加了两个16级的FIFO，并且都能产生CPU中断。无论什么时候发送的FIFO状态位(TXFFST)与中断触发级别位(TXFFIL)相匹配，都能产生一个中断触发，从而实现可编程的中断触发。

系统初始化完成PLL锁相环、看门狗及外设时钟设置，清除所有中断并初始化PIE向量表，把6路EPWM配置为外设引脚模式，把SCI设置为FIFO模式，打开串口中断，用串口中断接收到的数据来更新6路EPWM的CMPA。