estructura de hardware controlador de robot de motor

- Dec 06, 2018-

Con el aumento continuo de los costos de mano de obra, el uso de robots en lugar de mano de obra para realizar un trabajo repetitivo de alta intensidad es una dirección importante de la investigación moderna de robots. El robot de manejo necesita coordinar el trabajo del motor de tracción de la rueda trasera y el mecanismo de dirección de la rueda delantera en el rastreo de navegación. El motor de accionamiento del robot de manipulación tiene sus requisitos de aplicación especiales. Tiene altos requisitos en el rendimiento dinámico del motor. Puede alcanzar la posición especificada requerida para el control en cualquier momento y detener el mecanismo de dirección en cualquier ángulo. El rango de torsión del motor es grande. El entorno de trabajo de alta velocidad y bajo par de torsión de la superficie plana de la carretera sin carga también tiene las condiciones operativas de la escalada a plena carga y también requiere una alta eficiencia operativa. De acuerdo con los requisitos técnicos anteriores, este documento selecciona el motor de CC con una tecnología de control madura y una regulación de velocidad fácil de suavizar como la implementación del robot de manejo.

1 diseño de hardware del sistema

1.1 estructura del hardware del controlador del motor del robot

El controlador principal utiliza el STM32F107 del núcleo Cortex-M3. Hay 8 temporizadores dentro del controlador, entre los cuales TIM1_CH1 y TIM8_CH1 son pines del temporizador de control avanzado, y TIM1_CH1 se usa para el conteo del codificador del motor. TLM8_CH1 se utiliza para el tiempo de referencia de control de control de dirección. Los pines del temporizador de uso general TIM2CH1, TIM3CH1, TIM4_CH1 y TIM5_CH1 se utilizan para generar el PWM de las paredes de los puentes superior e inferior del motor y el circuito del servodrive, respectivamente.

El puerto PA0 y el puerto PB0 que activan la interrupción EXIT0 se utilizan para la protección de interrupción de sobrecorriente del motor y el servo, respectivamente. El puerto PA1 y el puerto PB1 que desencadena la interrupción EXIT1 se utilizan para limitar la protección en ambos lados del servo. El circuito de accionamiento del motor adopta el chip de refuerzo IR2103 y el MOSFET 75N75. La adquisición de corriente de fase del motor de la rueda trasera y el servo se convierte en voltaje por el cable constante, y se envía al pin de muestreo A / D del STM32F107 a través de la amplificación y el filtrado. ADC12_IN1 implementa protección de sobrecorriente. A través de la comunicación serie del ordenador central o la referencia de velocidad del programa interno STM32F107, controle el motor hacia adelante y hacia atrás, la velocidad y la dirección. Diagrama de bloques de la estructura del hardware del robot de manipulación.

1.2 Selección y diseño de módulos.

1.2.1 Diseño motorizado

La fuente de alimentación del motor es proporcionada por una batería de 24 V con una potencia nominal de 240 W, que se realiza mediante cuatro circuitos de puente 75N75. El 75N75 es un tubo de potencia MOSFET con un voltaje de resistencia máximo de 75 V, una corriente nominal máxima de 75 A y un circuito de accionamiento del motor.

Q1, Q4, Q2 y Q3 forman dos puentes, respectivamente, que controlan la rotación directa e inversa del motor. Cuando se enciende el transistor MOS de conducción del lado alto, la tensión de la fuente y la tensión de drenaje son iguales y son iguales a la fuente de alimentación VCC. Por lo tanto, para lograr una conducción normal del transistor MOS, el voltaje de la compuerta es más grande que el VCC, lo que requiere un chip de refuerzo especial IR2103. . La señal PWM generada por el controlador se ingresa en el pin HIN, y EN1 y EN2 de la salida del puerto de E / S del controlador se utilizan como señales de habilitación. El terminal de salida HO puede obtener un voltaje más alto que el VCC, y el valor de voltaje más alto es exactamente el voltaje cargado a través del capacitor. El diodo aumenta la velocidad de conducción, reduciendo la resistencia de conexión del 75N75 y reduciendo la pérdida del tubo de conmutación. Al mismo tiempo, los dos puertos de salida HO y LO del IR2103 tienen una función de bloqueo para evitar cortocircuitos causados por el paso directo de los brazos superior e inferior del motor debido a errores de software o hardware.

1.2.2 Diseño de protección contra sobrecorriente

La instalación de protección contra sobrecorriente en el sistema de control del motor tiene dos significados: uno es para evitar que el motor se sobrecargue o bloquee durante el funcionamiento normal del motor, de modo que la corriente del devanado del inducido sea demasiado grande para dañar el motor o incluso causar un incendio; Cuando se inicia el movimiento del hombro, la corriente es muy grande y, a menudo, es imposible comenzar directamente. Es necesario esperar a que el devanado de excitación establezca gradualmente un campo magnético y luego opere normalmente, y es deseable que el motor se mueva con el hombro lo más rápido posible. Con la protección de sobrecorriente, la corriente se corta, lo que permite que el motor arranque de manera segura y rápida. El esquema de la protección contra sobrecorriente se muestra en la Figura 3.

La corriente de fase del motor se convierte en una señal de voltaje Vtext por el cable constante, y la cantidad analógica AD1 amplificada por el amplificador operacional se envía al módulo de conversión A / D del controlador, y la cantidad digital EVA después de la comparación por el comparador de voltaje Se envía al controlador. Puerto de interrupción externo.


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