近年來，隨著mems及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)器人領(lǐng)域已越來越來受人關(guān)注。但由于零件的尺寸很小，微機(jī)器人組件的裝配需要很高的精確度，一般的裝配方法無法滿足要求。本文介紹了一個可進(jìn)行微零件裝配工作的機(jī)器人手臂控制系統(tǒng)的控制方法。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　考慮到多機(jī)器人手臂的使用，整個機(jī)器人控制系統(tǒng)由上位機(jī)與多個下位機(jī)組成。下位機(jī)即是手臂控制器，每個下位機(jī)控制一個機(jī)械手臂的伸縮運(yùn)動。上位機(jī)即為控制終端，通過不同配件組裝方式生成每個手臂的位置數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)線傳輸給各個下位機(jī)，由下位機(jī)控制手臂到達(dá)目標(biāo)位置并進(jìn)行目標(biāo)操作。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1機(jī)械結(jié)構(gòu)

　　如圖2所示，手臂控制器的機(jī)械結(jié)構(gòu)由直流減速電機(jī)、手臂、螺桿、減速齒輪、角度傳感器組成。機(jī)器人手臂與機(jī)械螺桿相連，螺桿與直流減速電機(jī)通過減速齒輪耦合，各個手臂控制器通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)動來達(dá)到控制手臂位置的目的。同時，手臂控制器具有手動調(diào)節(jié)旋柄與螺桿相連，需要時可通過手動調(diào)節(jié)，改變手臂位置。

1.2電路結(jié)構(gòu)

　　手臂控制器由使用arm內(nèi)核的phlipslpc2138系列微處理器控制，電路結(jié)構(gòu)主要分為主控制模塊、測量反饋模塊和通信模塊，如圖3所示。通過主控制模塊控制電機(jī)狀態(tài)，通過測量反饋模塊得到螺桿移動距離和位置，在達(dá)到規(guī)定位置后停止電機(jī)。而通信模塊則完成與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。

2電機(jī)控制

電機(jī)控制由主控制模塊和測量反饋模塊共同完成。

2.1主控制模塊

lpc2138引腳分配如表1所示。

　　主控制器使用phlipslpc2138微處理器，其具有64個引腳，31個雙向i／o口，2個8路10們a／d轉(zhuǎn)換器，能夠進(jìn)行電壓測量的工作，符合設(shè)計要求，其引腳分配如表1所示。電機(jī)使用ra-20gm-sd3型直流減速電機(jī)，其減速箱的減速比達(dá)到了1／1000，在減速后，電機(jī)轉(zhuǎn)速為4.5+／-0.9rpm，在與1／2減速齒輪組進(jìn)一步耦合后，螺桿轉(zhuǎn)速為2.25rpm，在所用螺桿齒距為1mm時，手臂移動述牢為3.75×10-2mm／s。

　　由于本設(shè)計中電機(jī)需要正反轉(zhuǎn)動，故選用了橋路驅(qū)動芯片ta8409，其具有兩個輸入口，兩個輸出口。微處理器通過控制輸入電平組合即可控制電機(jī)的不同狀態(tài)，包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、剎車減速和停止?fàn)顟B(tài)。

它的輸出電壓與電機(jī)工作電壓相符，即可直接驅(qū)動電機(jī)，不用增加放大電路。

電機(jī)驅(qū)動電路圖如圖4所示。

2.2測量反饋模塊

　　角度傳感器采用了midori的cp-2fc，它的機(jī)械角度范圍為360度無限，傳感器把角度變化量轉(zhuǎn)化為電壓量并通過電壓測量電路反饋回微處理器a／d轉(zhuǎn)換口，通過電壓的變化量可計算得到螺桿的移動距離，這樣就可以得知手臂位置，并以這個為標(biāo)準(zhǔn)對電機(jī)驅(qū)動器發(fā)送命令。

電壓測量電路包含由運(yùn)算放人器構(gòu)成的電壓跟隨電路，如圖5所示，它既可隔離電路，又可以完成電壓跟隨。

3通信模塊

3.1rs-422通信標(biāo)準(zhǔn)

rs-422標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，其全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”。

　　其接收器采用高輸入阻抗，發(fā)送驅(qū)動器有比rs232更強(qiáng)的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個節(jié)點(diǎn)。即一個主設(shè)備(master)，其余為從設(shè)備(salve)，從發(fā)備之間不能通信，所以rs-422支持點(diǎn)對多的雙向通信。

rs-422的最大傳輸距離為4000英尺(約1219m)，最大傳輸速率為10mbit／s。

3.2數(shù)據(jù)交換功能實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)通信模塊采用rs-422標(biāo)準(zhǔn)，線路長度約為200m，故通信的可靠性可得到保證。差分線路驅(qū)動器使用am26ls31芯片，差分接受器使用am26ls32芯片，微處理器的串行輸出口和輸入口分別與驅(qū)動器輸入和接收器輸出相連，并使用差分開路自動故障保險終端連接配置。

差分開路自動故障保險終端連接配置圖如圖6所示。

　　從而在發(fā)送器輸出端為高阻狀態(tài)時保證接受器輸入有至少2