基于STM32的机械臂运动控制分析设计说明书.pdf

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臂各个关节的驱动,由舵机组成。电源模块:机械臂控制系统采用双电源供电模式,STM32单片机经过AMS1117-,-DC可调降压模块实现供电。,如下几个方面为重点进行微控制..:.......★系统时钟速度★运算速度★功能★电机控制方式★ROM及ROM的大小★控制板的结构尺寸经过反复比较,本设计采用意法半导体公司的STM32处理器,。STM32F103ZET6是基于32位ARMCortex-M3核的微处理器,不但支持实时仿真,而且嵌入了512KB的高速闪存。CPU的最高工作频率为72MHz,支持Thumb-2。、复位电路、系统时钟电路以及JTAG调试电路四大组成部分。,电源模块的设计是非常重要的,如果不能妥善处理,不但会使电路不能正常工作,严重的还可能烧毁电路。因此,在设计电源时务必要注意如下几点:(1)交流输入和直流输出尽可能保持更大的距离;(2)地线要足够粗,单点和多点相结合,同时分离模拟地和数字地;(3)散热要好,布局应合适;..:.......,。,。,B1为整个板的复位按钮,当按钮被按下时,STM32处理器、TFT彩屏等都将复位。,在有外部电源()的情况下,VBAT供电而由外部电源实现供电。但是,当外部电源断开的情况下,RTC的走时以及后备寄存器的容就会丢失。相关电路如下:..:.......,因此一些比较先进的调试手段便应运而生。JTAG仿真调试手段作为其中的一种,是由ARM公司提出的。本设计采用占用IO口资源少的SWD调试,只需JTAG仿真器上的4根线就能完成,如下图所示:,我们可以烧录和调试程序,开发板的JTAG接口的硬件连接如上图所示,可以与目前主流的JLINKV8仿真器配合使用。:(1)驱动系统的质量不应太重,效率也应较高;(2)响应速度快;(3)动作灵活,位移偏差以及速度偏差均较小;(4)安全可靠;..:.......5)操作和维护方便;(6)经济合理,占地面积要尽可能的小。基于上述驱动系统的特点和该机械臂驱动系统的设计要求,该设计选用直流伺服电机负责机械臂各个关节的驱动。该设计选用的舵机型号为分别MG995,、,其参数如下:MG995:(1)尺寸:40mm×20mm×(2)重量:62g(3)技术参数:()、()(4)扭矩:13KG(5)使用温度:-30~~+60摄氏度(6)死区设定:4微秒(7)工作电压:-,舵机是由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路板等几个重要部分组成的。信号线把来自于微控制器的控制信号传输到舵机的控制电路板,控制电路板根据相应的控制信号控制电机的转动,同时电机带动齿轮组随之转动,经减速机构减速后传动到输出舵盘。由于舵机的输出轴和位置反馈电位计是连接在一起的,所以在舵盘转动的时候会带动位置反馈电位计,电位计根据当前位置将一个电压信号反馈到控制电路板,然后控制电路板根据电位计反馈回来的数据决定电机后续的转动方向和速度,从而使舵机运动到指定的位置后停止运动,可以实现对位置的精确控制。..:........,STM32单片机经过AMS1117-,-DC可调降压模块实现供电。AMS1117是正向低压降的稳压器,。它的部所集成有过热保护和限流电路,因此是电池供电和便携式计算机的最佳选择。由AMS1117-。,可以输出最高达3A的驱动电流,同时也有良好的线性和负载调节特性。可调型的LM2596甚至可以输出低于37V的各种电压。LM2596的特性如下:输出电压可调,~37V,误差围4%;输出特性有良好的线性,并且负载可以调节;驱动能力较强,输出电流可高达3A,输入电压可高达40V;采用150kHz的部振荡频率,属于第二代开关电压调节器;功耗小、效率高,具有过热保护和限流保护功能等。常用于高效率降压调节器,单片开关电压调节器,正、负电压转换器等。。.下载可编辑.:........:的配置,SysTick定时器,TIM定时器,通用输入输出接口GPIO,嵌套向量中断控制器NVIC,PWM波输出,超声波传感器模块的初始化。采用库函数进行编程。(HSI)、外部高速振荡器(HSE)或者部锁相环(PLL)。锁相环需要以HSI或HSE作为时钟来源,两者的差别在于部高速震荡器HSI不能产生稳定的8MHz的时钟频率。为了获得最大的工作频率,都会通过锁相环配置出最大的72MHz频率,供给Cortex-M3核使用。流程图如下:开始复位系统时钟设置开启外部振荡器HSEN是否成功起振并稳定?.,APB1,APB2频率:........,即系统节拍时钟,它作为ARMCortex-M3核的一个设,和STM32微控制器之间并没有必然的联系。SysTick的存在既能够提供必要的系统节拍,为实时操作系统的任务调度提供一个有节奏的“心跳”,进而提高可靠性,又方便了程序在不同器件间的移植。系统初始化时,RCC通过AHB时钟(HCLK)8分频后作为Cortex系统定时器(SysTick)的外部时钟。通过对SysTick控制与状态寄存器的设置,可选择上述时钟或Cortex(HCLK)时钟作为SysTick时钟。系统嘀嗒校准值固定为9000,当系统嘀嗒时钟设定为9MHz(HCLK/8的最大值),产生1ms时间基准。本部分的程序流程图如下:开始设置Systick重装载时间失能Systick定时器设定中断函数,:........,通用定时器TIM2、TIM3、TIM4和TIM54个以及基本定时器TIM6和TIM72个,再加上RTC和Systick定时器,总数量达到了10个。基本定时器可以为用户提供准确的时间参考;通用定时器不仅具备时间参考功能,还具有输入捕捉、输出比较、单脉冲输出、PWM输出功能和正交编码器的特点;高级定时器更是加入了可以产生带死区控制的互补PWM信号、紧急制动、定时器同步等高级特征,并最多可以输出6路PWM信号,可谓是意法半导体赋予STM32的王牌。本设计采用TIM2、TIM3的PWM输出功能和TIM4的计数功能。本部分的程序流程图如下:,等待手臂初始化完成:........。STM32F103ZET6提供多达112个双向GPIO,分别分布在A~G这7个端口中。每个端口又包括16个GPIO,都可承受5V的压降。GPIO可通过配置寄存器工作在如下8种模式:浮空输入、带上拉电阻的输入、带下拉电阻的输入、模拟输入;开漏输出、推挽输出、复用推挽输出、复用开漏输出。该设计中将PA0、PA1、PA2、PA3、PA6作为PWM波的输出口;PA4、PA5作为LED显示接口;PA7、PA8作为超声波传感器信号的接收发送接口;PB6、PB7分别作为串口的发送接收接口(人机交互)。,STM32的PA7端口接超声波传感器的TRIG口,触发测距信号,发出10us的高电平信号;然后,超声波发射器自动发送8个40KHz的方波,接收器检测返回信号;然后,PA8端口接的ECHO发给STM32微控制器一个高电平,用TIM4来测量高电平的持续时间。本部分的程序流程图如下:,TIM4开始计数:........,尽管其发展已经有了一段很长的历史,但是其发展并不完全成熟。无论是学术界、工业还是在教育教学方面都一直在进行着这方面的研究,距离成熟阶段还要有一段时间。本设计是基于STM32四自由度机械臂驱动系统的设计,以四自由度机械臂为控制对象,以意法半导体公司的STM32系列芯片STM32F103ZET6为主控芯片,人机交互的串口显示进行了系统的硬件的设计和研究,并在此基础上,.:........控制理论,以正确的控制方法为指导,进行了系统的软件设计。在整个系统的设计中,硬件的设计是本论文研究的重点,芯片的选型是系统硬件设计的保证,并且辅以可靠性分析为指导,保证了系统运行的可靠性和稳定性。通过编写控制程序,使主控制器输出PWM波实现对各个关节位置的控制。参考文献[1][J].出国与就业,2012,(2)84-85.[2][J].工业自动化,2011,40(07)45-46.[3]忠,[J].中国机械工程,2012,23(23).[4][D].:东北大学,2011:5.[5]黄辉先,[J].机床与液压,2001,(05).下载可编辑.:........92-94.[6][J].自动化与仪器仪表,2001,(03)30-32.[7]鹏飞,韩九强,[J].微电子学与计算机,2005,22(08)5-.:.........:.........