隨著人工成本的不斷升高，用機器人代替人力去做一些重復性的高強度的勞動是現(xiàn)代機器人研究的一個重要方向。搬運機器人在導航尋跡中，需要后輪驅動電機和前輪舵機的協(xié)調(diào)工作。搬運機器人電機驅動有其特殊的應用要求，對電機的動態(tài)性能要求較高，能在任意時刻到達控制需要的指定位置并且使舵機停止在任意角度；電機驅動的轉矩變化范圍大，既有空載平整路面行使的高速度、低轉矩工作環(huán)境，也有滿負載爬坡的運行工況，同時還要求保持較高的運行效率。根據(jù)以上的技術要求，本文選用了控制技術成熟，易于平滑調(diào)速的直流電機作為搬運機器人的執(zhí)行饑構。
功率驅動的設計
電機的供電電源是由24V的蓄電池提供，額定功率為240W，由4個75N75組成橋式電路來實現(xiàn)。75N75是MOSFET功率管，其最高耐壓75V，最高耐流75A，電機驅動電路如圖2所示。
 
Q1、Q4和Q2、Q3分別組成兩個橋路，分別控制電機的正轉和反轉。高端驅動的MOS管導通時源極電壓和漏極電壓相同且都等于供電電樂VCC，所以要實現(xiàn)MOS管正常的驅動，柵極電壓要比VCC大，這就需要專門的升壓芯片IR2103。控制器產(chǎn)生的PWM信號輸入HIN引腳，控制器I／O口輸出的 EN1、EN2作為使能信號。輸出端HO就可得到比VCC要高的電壓，且高出的電壓值正好是充在電容兩端的電壓。二極管提高導通速度，使得75N75的導通電阻更小，降低了開關管的損失。同時IR2103的兩個輸出口HO、LO具有互鎖功能，防止由于軟件或硬件錯誤造成的電機上下橋臂直通造成短路。
過流保護的設計
在電機控制系統(tǒng)中安裝過流保護有兩方面的意義：一是防止在電機正常運行時，電機出現(xiàn)超載或堵轉而使得電樞繞組電流過大損害電機甚至引發(fā)火災；另一方面是由于電機肩動時啟動電流很大，往往不能直接啟動，既需要等勵磁繞組逐漸建立磁場后再正常運行，又希望電機以盡量快的速度肩動起來。有了過流保護對電流進行斬波，可以使電機安全快速地啟動。過流保護原理圖如圖3所示。
 
電機的相電流通過康銅絲轉換成電壓信號Vtext，經(jīng)過運算放大器放大后的模擬量AD1送至控制器A／D轉換模塊，同時將經(jīng)過電壓比較器比較后的數(shù)字量EVA送至控制器的外部中斷口。針對搬運機器人的前輪轉向舵機和后輪驅動電機的控制要求，采用以Cortex-M3為內(nèi)核的STM32F107作為主控制器，采用嵌入實時操作系統(tǒng)μC／OS-II，將程序分成啟動任務、電機轉速控制任務、舵機控制任務等相對獨立的多個任務，并設定了各任務的優(yōu)先級。該系統(tǒng)能較好地實現(xiàn)搬運機器人的運動控制。 |
