禽蛋抓取控制系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、本文在參考了大量的機器人特別是果蔬類采摘機器人的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)后，以實現(xiàn)禽蛋加工的自動化為出發(fā)點，設(shè)計了禽蛋抓取控制系統(tǒng)。 禽蛋抓取控制系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件是由上位機、RS232通信電路、下位機、電機驅(qū)動電路、步進電動機、旋轉(zhuǎn)光電編碼器、倍頻電路、接近開關(guān)電路和電磁閥控制電路組成，具有構(gòu)建數(shù)據(jù)通信通道、驅(qū)動步進電機、電機轉(zhuǎn)速及定位的反饋和抓取禽蛋的功能。PC機作為上位機，指揮和監(jiān)督下位機即單片機的工作。通信電路為上位機和下

2、位機的通信提供通道，以MAX232芯片為核心構(gòu)成多機通信系統(tǒng)，負(fù)責(zé)傳輸上位機和下位機之間的數(shù)據(jù)。下位機采用與MCS-51兼容的AT89S52單片機，該機是低功耗，8位CMOS工藝處理器，具有8K的在線可編程Flash存儲器，片內(nèi)Flash存儲器可以多次編程。電機驅(qū)動電路以L298N芯片構(gòu)成，L298N內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，可驅(qū)動46V、2A以下的電機。步進電動機采用四相混合式步進電機，步距角0.9

3、°/1.8°，保持轉(zhuǎn)矩為0.54N·m，定位轉(zhuǎn)矩0.025N·m，重量為0.36磁。步進電動機采用閉環(huán)控制，選擇旋轉(zhuǎn)光電編碼器作為反饋元件，旋轉(zhuǎn)光電編碼器旋轉(zhuǎn)一周可以產(chǎn)生100個脈沖，本文的步進電動機旋轉(zhuǎn)一周需要400個脈沖，因此在旋轉(zhuǎn)光電編碼器的輸出端增加了倍頻電路，使旋轉(zhuǎn)光電編碼器旋轉(zhuǎn)一周發(fā)出400個脈沖，提高閉環(huán)控制精度。當(dāng)吸盤靠近禽蛋時接近開關(guān)電路發(fā)出低電平信號，單片機接收信號后由電磁閥控制電路使電磁閥失電，吸盤內(nèi)的氣壓降低，將

4、禽蛋吸取。 軟件包括上位機和下位機程序，具有交換數(shù)據(jù)、電機定位控制、電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能。首先，利用VC++6.0軟件設(shè)計上位機的通信程序，包含一個簡單的界面，可以輸入整數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機；其次，利用Keil軟件設(shè)計下位機程序，下位機主要包括下位機通信程序、步進電機升降頻程序、PID轉(zhuǎn)速控制程序。下位機通信程序負(fù)責(zé)下位機與上位機的通信，當(dāng)上位機發(fā)送地址時判斷是否為本機地址，然后決定是否應(yīng)該接受數(shù)據(jù)。升降頻程序采用指數(shù)升降頻方法，符合

5、步進電機矩頻特性，保證步進電機在短時間內(nèi)達到最高運行轉(zhuǎn)速。PID轉(zhuǎn)速控制程序負(fù)責(zé)電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。應(yīng)用PID轉(zhuǎn)速控制程序后，顯著的提高了步進電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的動態(tài)性能指標(biāo)。PID控制參數(shù)是通過建立步進電動機的二階數(shù)學(xué)模型后，應(yīng)用Simulink進行數(shù)字仿真而獲得的最優(yōu)控制參數(shù)(比例系數(shù)K<,P>=1.1，積分時間T<,i>=0.081，微分時間T=0.068)。 試驗表明，系統(tǒng)對步進電動機轉(zhuǎn)速能實時檢測和控制，調(diào)節(jié)時間短，轉(zhuǎn)