基于ARM核处理器的机器人手臂控制系统

近年来，随着MEMS及相关技术的发展，微机器人领域已越来越来受人关注。但由于零件的尺寸很小，微机器人组件的装配需要很高的精确度，一般的装配方法无法满足要求。本文介绍了一个可进行微零件装配工作的机器人手臂控制系统的控制方法。 

1 系统结构

考虑到多机器人手臂的使用，整个机器人控制系统由上位机与多个下位机组成。下位机即是手臂控制器，每个下位机控制一个机械手臂的伸缩运动。上位机即为控制终端，通过不同配件组装方式生成每个手臂的位置数据，并通过数据线传输给各个下位机，由下位机控制手臂到达目标位置并进行目标操作。整个系统的结构框图如图1所示。

 

1.1 机械结构

如图2所示，手臂控制器的机械结构由直流减速电机、手臂、螺杆、减速齿轮、角度传感器组成。机器人手臂与机械螺杆相连，螺杆与直流减速电机通过减速齿轮耦合，各个手臂控制器通过控制电机转动来达到控制手臂位置的目的。同时，手臂控制器具有手动调节旋柄与螺杆相连，需要时可通过手动调节，改变手臂位置。

 

1.2 电路结构

手臂控制器由使用ARM内核的PHLIPS LPC2138系列微处理器控制，电路结构主要分为主控制模块、测量反馈模块和通信模块，如图3所示。通过主控制模块控制电机状态，通过测量反馈模块得到螺杆移动距离和位置，在达到规定位置后停止电机。而通信模块则完成与上位机之间的数据交换。

 

2 电机控制

电机控制由主控制模块和测量反馈模块共同完成。

2.1 主控制模块

LPC2138引脚分配如表1所示。

 

主控制器使用PHLIPS LPC2138微处理器，其具有64个引脚，31个双向I／O口，2个8路10们A／D转换器，能够进行电压测量的工作，符合设计要求，其引脚分配如表1所示。电机使用RA-20GM-SD3 型直流减速电机，其减速箱的减速比达到了1／1000，在减速后，电机转速为4.5+／-0.9 rpm，在与1／2减速齿轮组进一步耦合后，螺杆转速为2.25 rpm，在所用螺杆齿距为1mm时，手臂移动述牢为3.75