機(jī)械裝備 65 Mechanized Equipment2018 年 10 月下基于 DSP 的草莓采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器的研究陳澤眾(東南大學(xué),江蘇 南京 210000）摘 要： 在當(dāng)前的草莓采摘機(jī)器人研究過程中，其機(jī)器人自身的關(guān)節(jié)控制器是以 DSP 為基礎(chǔ)，將當(dāng)前的永磁同步電機(jī)作為執(zhí)行電機(jī)，結(jié)合實(shí)際情況制定完善的三閉環(huán)位置伺服控制方案。同時(shí)將當(dāng)前的直軸電樞電流矢量控制策略為基礎(chǔ)，進(jìn)行合理的 DSP 運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)，滿足實(shí)際的需求?；诖?，作者結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，對(duì)當(dāng)前的基于 DSP 草莓采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器的研究進(jìn)行詳細(xì)的分析，以供相關(guān)工作人員參考。關(guān)鍵詞： 草莓采摘機(jī)器人；關(guān)節(jié)控制器；矢量控制；運(yùn)動(dòng)控制中圖分類號(hào)： TP242 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1672-3872（2018）20-0065-02 作者簡介： 陳澤眾 (1997-), 男，吉林長春人，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。隨著時(shí)代不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新，促使當(dāng)前國內(nèi)外積極對(duì)現(xiàn)階段的草莓采摘機(jī)器人研究加強(qiáng)重視力度，并不斷進(jìn)行分析研究，促使其滿足當(dāng)前的需求。對(duì)當(dāng)前的草莓采摘機(jī)器人而言，自身的核心是控制系統(tǒng)，并且受系統(tǒng)自身的性質(zhì)影響，在實(shí)際的工作過程中，工作的性能與效果均受其控制系統(tǒng)影響，并且影響范圍較廣。1 對(duì)現(xiàn)階段的草莓采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器進(jìn)行有效的方案選擇對(duì)當(dāng)前的采煤采摘機(jī)器人而言，其消費(fèi)的對(duì)象是當(dāng)前的農(nóng)戶，進(jìn)而受此影響，要求其自身具有良好的價(jià)格。同時(shí)，促使其具有良好的反應(yīng)速度，控制的精確度較高，具有良好的操作性與便捷性，只需要占用較小的空間，提升傳統(tǒng)的工作效率。以當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的采摘機(jī)器人為例，其自身主要是由當(dāng)前的視頻信號(hào)采集、結(jié)構(gòu)主體、控制系統(tǒng)、處理系統(tǒng)以及人機(jī)界面組成，通過各部分的協(xié)調(diào)合作，滿足當(dāng)前的需求。在草莓采摘機(jī)器人實(shí)際的運(yùn)行過程中，首先利用當(dāng)前的機(jī)器人視覺系統(tǒng)，對(duì)草莓的位置進(jìn)行有效的確定，利用攝像機(jī)對(duì)草莓位置信號(hào)進(jìn)行明確，經(jīng)過圖像處理，通過三維坐標(biāo)，將待采摘的草莓的空間位置進(jìn)行輸入，并標(biāo)記在三維坐標(biāo)中。明確其實(shí)際的坐標(biāo)后，將當(dāng)前的實(shí)際坐標(biāo)進(jìn)行上機(jī)輸入，滿足實(shí)際的需求；其次，根據(jù)原有的計(jì)算公式，促使上位機(jī)根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際坐標(biāo)計(jì)算出草莓采摘機(jī)器人進(jìn)行采摘時(shí)運(yùn)行的最佳軌跡，保證其運(yùn)動(dòng)合理，明確實(shí)際的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，將計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)軌跡信號(hào)輸送至當(dāng)前的控制器。通過控制器對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的進(jìn)行有效的控制，保證其有效的運(yùn)行，進(jìn)而末端進(jìn)行合理的操作，實(shí)現(xiàn)草莓的采摘。1）控制系統(tǒng)。對(duì)當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)課題而言，其實(shí)際研究的控制系統(tǒng)主要是以當(dāng)前的PC機(jī)為主，利用其自身的優(yōu)勢，進(jìn)行合理的分析，根據(jù)末端的執(zhí)行器對(duì)基于坐標(biāo)的位姿進(jìn)行明確，同時(shí)規(guī)劃其實(shí)際的運(yùn)動(dòng)過程，將當(dāng)前的各關(guān)節(jié)位置指令值進(jìn)行確定。將現(xiàn)有的DSP運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行底層控制，利用串口自身的性能，對(duì)當(dāng)前的上機(jī)位置信號(hào)進(jìn)行分析，并通過矢量控制，最終完成關(guān)節(jié)電機(jī)的合理控制。相對(duì)來說，在實(shí)際的控制過程中，由于其自身的性質(zhì)影響，控制系統(tǒng)主要是以當(dāng)前的三閉環(huán)位置伺服控制方案為基礎(chǔ)，充分發(fā)揮出其自身的性能，在不斷發(fā)展過程中，提升其控制的精度，為機(jī)器人的順利采摘奠定良好的基礎(chǔ)，滿足實(shí)際的需求，準(zhǔn)確找到采摘的位置。例如，以實(shí)際的案例為例，利用當(dāng)前的永磁鋼對(duì)現(xiàn)階段的普通同步電機(jī)的勵(lì)磁繞組進(jìn)行取代，從而提升永磁同步電機(jī)自身的性能，在不斷發(fā)展過程中，優(yōu)化整個(gè)流程，保證其自身具有動(dòng)態(tài)響快、結(jié)構(gòu)簡單以及定位準(zhǔn)確等，提升工作效率1。2）芯片。以當(dāng)前實(shí)際的芯片為例，該芯片自身具有良好的專用外設(shè)，靈活應(yīng)用當(dāng)前的集成技術(shù)，促使其具有良好的結(jié)構(gòu)，利用當(dāng)前的流水線操作指令，進(jìn)行特殊的DSP指令輸出，保證其質(zhì)量符合要求。利用其自身的優(yōu)勢，可以有效地促使當(dāng)前芯片局具有較強(qiáng)的高質(zhì)量，高速進(jìn)行計(jì)算與處理，盡管將數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分析，實(shí)現(xiàn)最終的控制，為草莓采摘機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。例如，當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的 TMS320LF2407A 型 DSP 芯片，可以有效的實(shí)現(xiàn) Clarke 變換、park逆變換以及park變換。對(duì)現(xiàn)階段的直軸電樞電流為零的控制策略，保證其在實(shí)際的控制過程中，其自身的控制電流為零，滿足實(shí)際的需求。對(duì)實(shí)際的定子電流來說，受其自身的性質(zhì)影響，只有交軸分量，并且在定子磁動(dòng)勢空間中，矢量與其永磁體自身的出廠空間矢量進(jìn)行正交，導(dǎo)致實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)中，只有永磁轉(zhuǎn)矩分量，交軸電樞電流與電磁轉(zhuǎn)矩之間的幅值為正比，進(jìn)而在進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制過程中，其大小實(shí)際上可以進(jìn)行控制，滿足實(shí)際的需求。2 現(xiàn)階段基于 DSP 的草莓采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析對(duì)現(xiàn)階段的實(shí)際控制來說，受其機(jī)器人自身的性質(zhì)影響，在進(jìn)行矢量控制過程中，應(yīng)保證其自身通過合理的控制方式進(jìn)行。例如，以實(shí)際的案例為例，現(xiàn)階段主要是通過當(dāng)前的DSP芯片自身的事件管理器為基礎(chǔ)，將其具有的脈寬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行合理的控制，進(jìn)而保證其自身的晶體管的開關(guān)與閉合得到有效的控制，以滿足實(shí)際的需求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。對(duì)當(dāng)前的芯片來說，其自身只具有兩個(gè)事件管理器，進(jìn)而受其影響，只能同時(shí)對(duì)當(dāng)前的兩個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)控制的目的?；诖?，應(yīng)將一個(gè)芯片增加至兩個(gè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制四個(gè)伺服電機(jī)，滿足實(shí)際的需求。1）進(jìn)行合理的電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)。以實(shí)際的案例為例，在該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，主要是利用當(dāng)前的TPS76833QPWP元件作為當(dāng)前的本驅(qū)動(dòng)控制板，進(jìn)而為DSP芯片提供合理的電壓，滿足實(shí)際的需求。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)階段的DSP電源進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，為滿足其實(shí)際的功能，對(duì)電源進(jìn)行陶瓷電容的增加，從根本上提升系統(tǒng)自身的性能，保證系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行。對(duì)DSP來說，受其自身的性質(zhì)影響，想要保證其正常運(yùn)行，充分發(fā)揮出自身的功能，應(yīng)為其提供良好的時(shí)鐘電路，以實(shí)際系統(tǒng)為例，在該系統(tǒng)中工作人員將DSP1的時(shí)鐘進(jìn)行選擇，選擇當(dāng)前的15MHz的晶體振蕩器，并靈活利用當(dāng)前的內(nèi)部鎖相環(huán)，通過設(shè)置當(dāng)前的PLL倍頻系數(shù)，改變?cè)械墓ぷ鲿r(shí)鐘，將其轉(zhuǎn)變?yōu)?0MHz的時(shí)鐘。與此同時(shí)，在進(jìn)行DSP2時(shí)鐘設(shè)計(jì)時(shí)，直接將當(dāng)前的DSP1輸出的CPU始終作為其時(shí)鐘，以滿足實(shí)際的需求，并選擇RC復(fù)位電路作為復(fù)位電路進(jìn)行使用2。66機(jī)械裝備 Mechanized Equipment 2018 年 10 月下2）設(shè)計(jì)合理的存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路。依舊以上述的實(shí)驗(yàn)為例，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，該實(shí)驗(yàn)的存儲(chǔ)器芯片主要是以當(dāng)前的 IS63LV1024-10J 為主，并選擇 128K×8 的高速靜態(tài) RAM 作為芯片，選擇數(shù)量為2，構(gòu)成現(xiàn)階段的128K×16位的存儲(chǔ)空間，滿足實(shí)際的需求。當(dāng)前的DSP1的數(shù)據(jù)引腳接入IS63LV1024-10J的A16中，并將其分為數(shù)據(jù)空間與程序空間兩種，例如，實(shí)際的數(shù)據(jù)區(qū)則是以當(dāng)前的RAM前64K字，而程序空間則是以當(dāng)前的RAM后64K為主，同時(shí)，在進(jìn)行DSP2時(shí)，則以同樣的方式進(jìn)行。對(duì)當(dāng)前的JATG仿真接口和RSZ接口來說，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，首先應(yīng)以實(shí)際的電路板設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際的要求，對(duì)現(xiàn)階段的調(diào)試仿真接口進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，還需要設(shè)計(jì)梁海的異步串行接口，利用其自身的優(yōu)勢性能，實(shí)現(xiàn)最終的轉(zhuǎn)換，主要是MAX232芯片完成5一VTTL/CMOS電平至iRS232電平的轉(zhuǎn)換，提升其自身的串行通訊功能。3）進(jìn)行合理的功率放大模塊隔離電路設(shè)計(jì)。對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)來說，在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)時(shí)，主要采用現(xiàn)階段的ACPM750E集成化功率模塊，同時(shí)保證其自身的開關(guān)頻率達(dá)到實(shí)際的要求，通常情況下，其頻率可達(dá)24kHz。對(duì)于編碼器接口來說，其帶有增量，并帶有直流母線的電壓反饋信號(hào)接口，具備良好的超溫、短路、接地以及過壓過流保護(hù)功能，滿足實(shí)際的需求。DSP芯片自身的事件管理器具有良好的輸出脈寬調(diào)制信號(hào)，在運(yùn)行過程中，需要保證在智能功率模塊進(jìn)入的前期對(duì)通過的高速光耦進(jìn)行隔離，甚至在電機(jī)的三相電壓輸出前也進(jìn)行有效的隔離。3 現(xiàn)階段草莓采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器軟件設(shè)計(jì)分析對(duì)現(xiàn)階段的草莓采摘機(jī)器人來說，其自身設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可以分為兩部分軟件，一部分為后臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)；另一部分為前臺(tái)人機(jī)交互操作控制。相對(duì)來說，兩部分在實(shí)際的運(yùn)行過程中，需要相互協(xié)調(diào)合作，進(jìn)而滿足實(shí)際的需求。例如，對(duì)后臺(tái)操作軟件來說，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，應(yīng)靈活的利用當(dāng)前的C語言編寫程序，制定合理的控制庫函數(shù)，為后續(xù)的控制奠定良好的基礎(chǔ)。而對(duì)前臺(tái)的軟件控制來說，應(yīng)合理利用當(dāng)前的C+語言進(jìn)行合理的分析，并進(jìn)行有效的軟件開發(fā)，通過相互合作，滿足實(shí)際的需求3。1）進(jìn)行合理的操作平臺(tái)設(shè)計(jì)。現(xiàn)階段的操作平臺(tái)通常是Windows XP，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行有效的分析，靈活進(jìn)行軟件開展，在不斷地發(fā)展過程中，優(yōu)化其主要的功能，滿足當(dāng)前的需求。例如，當(dāng)前的操作平臺(tái)自身具有大量的功能常用控件，如機(jī)器人的起動(dòng)、機(jī)器人的停止、控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)、各關(guān)節(jié)的控制、位置信息顯示等，利用其各方面的調(diào)節(jié)，促使DSP與PC機(jī)之間進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，以滿足實(shí)際的需求。2）進(jìn)行有效的上位機(jī)程序設(shè)計(jì)。對(duì)當(dāng)前的上位機(jī)來說，其主要是以當(dāng)前的PC機(jī)為基礎(chǔ)，根據(jù)明確的末端執(zhí)行器自身的基坐標(biāo)系，對(duì)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)過程中各關(guān)節(jié)的電動(dòng)機(jī)位置指令進(jìn)行有效的規(guī)劃，例如限位、回零、圓弧插補(bǔ)、直線以及自動(dòng)加減控制等函數(shù)，滿足實(shí)際的需求。對(duì)現(xiàn)階段的DSP控制器程序來說，其自身主要包含的文件程序有三種，如定義寄存器的文件、配置系統(tǒng)存儲(chǔ)檔案以及命令系統(tǒng)文件等，而相對(duì)來說，其自身的系統(tǒng)主程序主要包括對(duì)外的初始化，并包含中斷允許設(shè)置，滿足實(shí)際的需求。4 結(jié)束語綜上所述，在當(dāng)前的時(shí)代背景下，草莓采摘機(jī)器人研究逐漸被重視，并迎合當(dāng)前需求，積極進(jìn)行創(chuàng)新，以滿足當(dāng)前的需求。對(duì)農(nóng)戶而言，采摘草莓機(jī)器人主要的目的是提升當(dāng)前的工作效率，因此，必須促使其具有采摘速度快、價(jià)格合理、占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，提升其設(shè)計(jì)效果。參考文獻(xiàn)：1 戴劉江 , 張鐵中 , 楊麗 . 基于 DSP 的草莓采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器的研究 J. 中國科技論文在線 ,2007(3):231-234.2 毛春利 . 基于 DSP 和 FPGA 的四關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人控制器的研制J. 中南大學(xué) ,2005.3 樊繼壯 , 趙杰 , 王賓瑞 , 等 . 基于 DSP 的三肢體機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器設(shè)計(jì) J. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 ,2007(2):112-114.（收稿日期： 2018-9-10）中國糧油學(xué)會(huì)會(huì)刊國家糧食和物資儲(chǔ)備局標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量中心支持期刊中國學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)源期刊中國核心期刊（遴選）數(shù)據(jù)庫收錄期刊中國期刊全文數(shù)據(jù)庫全文收錄期刊中文科技期刊數(shù)據(jù)庫收錄期刊臺(tái)灣華藝 CEPS 中文電子期刊糧食科技與經(jīng)濟(jì)國家 A 類學(xué)術(shù)期刊糧食科技與經(jīng)濟(jì)是經(jīng)國家新聞出版廣電總局批準(zhǔn)，湖南省糧食經(jīng)濟(jì)科技學(xué)會(huì)、中國儲(chǔ)備糧管理集團(tuán)有限公司湖南分公司主辦，面向國內(nèi)外公開發(fā)行的國家 A 類學(xué)術(shù)期刊。國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號(hào)：CN 43-1252/TS，國際標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)出版物號(hào)：ISSN 1007-1458。主要欄目設(shè)置：糧食安全、糧食經(jīng)濟(jì)、檢測與標(biāo)準(zhǔn)、倉儲(chǔ)與物流、糧油工程、糧食深加工及食品、前瞻與未來、經(jīng)營管理、三農(nóng)關(guān)注等欄目。（1）全國各地郵局均可征訂 郵發(fā)代號(hào)：42-167 （2）直接向雜志社訂閱電話：0731-89746377工作 QQ：1055536168投稿郵箱：lskjjj126.com投稿 QQ：12532018電話：0731-82220487地址：長沙市芙蓉中路一段 2 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