一種小型移動機(jī)器人的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、皇_棚2005一箋_9一／一種小型移動機(jī)器人的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)羅均，崔坤征，謝少榮，龔振邦(上海大學(xué)，上海200072)AControlSystemofMotorsinaSmallMobileRobotLUOJun，CUIKun—zheng，XIEShao—rong，GONGZhen—bang(ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)摘要：利用兩個有刷直流電動機(jī)分別控制機(jī)器人的兩個驅(qū)動輪，使用單片

2、機(jī)PIC16F877與H橋芯片SN754410組成電動機(jī)可逆控制及調(diào)速系統(tǒng)。并根據(jù)有刷直流電動機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種簡單實(shí)用的測速電路，對單個電機(jī)形成速度單閉環(huán)控制。對兩電機(jī)使用差速法控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的各種運(yùn)動。關(guān)鍵詞：有刷直流電動機(jī)；調(diào)速；測速；機(jī)器人中圖分類號：TM33文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004—7018(2005)09—0025—03Abstract：ThissystemusedtwobrushDCmotorstocontro

3、ltwowheelsrespectively，andusedthePIC16F877andthehalf—HchipSN754410tealizereversiblecontrolandspeedregula—tionAcheapandusefulspeedmeasuringcircuitwasdesigned，whichstructuredspeedclose—loopforsinglemotorAndthedifferentials

4、peedmethodwasusedtoharmonizetwomotorsmo—tionKeywords：brushDCmotors；speedregulation：speedmeas—uring；robotl引言電機(jī)根據(jù)使用場所及控制性能等要求的不同，具體的控制方法也會不同。本電機(jī)控制系統(tǒng)是一種超小型自主輪式移動機(jī)器人中的一部分，該機(jī)器人具有避障的功能，即在運(yùn)動過程中可利用攜帶的多種傳感器來獲取周圍環(huán)境信息。識別機(jī)器人運(yùn)動路徑中的靜態(tài)

5、或動態(tài)障礙物，并根據(jù)這些信息進(jìn)行局部的路徑規(guī)劃以實(shí)時避開障礙物。圖l為機(jī)器人原型圖。電機(jī)系統(tǒng)作為機(jī)器人運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需具備高度的可控性及快速的反應(yīng)能力。圖1機(jī)器人原型收稿13期：2005—03—16基金項(xiàng)目：上海市教委青年基金(03AQ81)2電機(jī)控制系統(tǒng)方案為了增加機(jī)器人運(yùn)動的靈活性，系統(tǒng)中使用兩個電動機(jī)分別控制兩個驅(qū)動輪，外加一個隨動輪相輔助的三輪結(jié)構(gòu)。電機(jī)選擇的是小型有刷直流電動機(jī)，額定工作電壓12V，額定電流066mA。系統(tǒng)原

6、理圖如圖2所示。傳苴_1H卜一感片器機(jī)N~PWM兩個有刷系系卜直流電動機(jī)統(tǒng)統(tǒng)圖2系統(tǒng)原理圖：系統(tǒng)控制器為Microchip公司的PIC16F877單片機(jī)，其內(nèi)部包含PWM模塊。它與TI公司的H橋驅(qū)動芯片SN754410結(jié)合組成兩路電機(jī)控制及調(diào)速系統(tǒng)。利用PWM實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，并在試驗(yàn)過程中；根據(jù)所選電機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種簡單實(shí)用且的測速電路，構(gòu)成速度閉環(huán)。在測速的基礎(chǔ)上，對兩電機(jī)i利用差速控制，同時為了增加機(jī)器人避障中的實(shí)時性。將傳感器系

7、統(tǒng)作為單獨(dú)的模塊，對傳感器信息；進(jìn)行處理，只將處理結(jié)果傳給電機(jī)系統(tǒng)。電機(jī)系統(tǒng)中單片機(jī)的供電電壓為5V，電機(jī)的供電電壓為12iV，為了防止電機(jī)的干擾，及防止電機(jī)返回電流對單；種片機(jī)造成損壞，中間用光耦隔離。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。登!馴：加3測速系統(tǒng)囂i為了改善電機(jī)的控制性能及實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人運(yùn)動!的精確控制，需要獲取電機(jī)的速度信皂、。電動機(jī)的揆測速方法有很多，常用的有借助于光電編碼器、霍爾制器件、測速電機(jī)及反射式光電傳感器等來實(shí)現(xiàn)。光磊

8、電編碼器可同時得到電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速信息且測量精度高，但是價格昂貴；測速電機(jī)需要占用一定的空間；霍爾器件及光電傳感器需要的電路復(fù)雜，而且精度不高易受干擾。因此本系統(tǒng)沒選用這些方法，而一維普資訊儆持電棚2005年第9期U12驅(qū)動控制?！弧Ｒ灰?。一。一一。一c／，∥，。圖4調(diào)速及轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)電路中斷子程序，讀取外部計(jì)數(shù)器的值，可得兩電機(jī)在該定時時間段內(nèi)的平均速度。同時傳感器系統(tǒng)獲取周圍環(huán)境的信息，判斷障礙物的有無，若有則進(jìn)行局部路徑規(guī)劃，

9、得出路徑規(guī)劃結(jié)果，送人PIC16F877中并與當(dāng)前速度結(jié)合得出電機(jī)下一步的運(yùn)動指令，使兩電機(jī)協(xié)調(diào)工作，避開障礙物。程序流程圖如圖5、6所示圖5系統(tǒng)軟件流程圖圖6T中斷程序流程圖6結(jié)語本電機(jī)控制系統(tǒng)利用PIC16F877和SN754410組成兩路電機(jī)的可逆調(diào)速系統(tǒng)，并結(jié)合所使用電機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種測速電路，很好地實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的測速及調(diào)速控制。系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用效果良好，滿足了機(jī)器人運(yùn)動控制的需要。參考文獻(xiàn)[1]黃立培電動機(jī)控制

10、[M]北京：清華大學(xué)出版社2003[2]劉和平，黃開長嚴(yán)厲平，潘偉峰譯PIC16F877數(shù)據(jù)手冊[M]北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001[3]TI公司SN754410QUADRUPLEHALF—HDRIVERfMTexasInstrumentsIncorporated，1995l4]KaraTEkerINonlinearclosed—loopdirectidentificationofaDCmotorwithloadforlowsp

11、eedtwo—directionaloperation『J]ElectricalEngineering1986，(2)：29—34[5]GwaltneyDAFergusonM1HardwareEvolutionofAnalogSpeedControllersforaDCMotor[M]LectureNotesinComputerSci—ence2003：2723作者簡介：崔坤征(1980一)，碩士研究生，研究方向?yàn)橐苿訖C(jī)器人動態(tài)障礙物的