Với sự gia tăng liên tục của chi phí lao động, sử dụng robot thay vì nhân lực để thực hiện một số lao động cường độ cao lặp đi lặp lại là một hướng quan trọng của nghiên cứu robot hiện đại. Robot xử lý cần phối hợp công việc của động cơ dẫn động bánh sau và bánh lái phía trước trong theo dõi điều hướng. Các ổ đĩa động cơ của robot xử lý có yêu cầu ứng dụng đặc biệt của nó. Nó có yêu cầu cao về hiệu suất động của động cơ. Nó có thể đạt đến vị trí quy định cần thiết để điều khiển bất cứ lúc nào và dừng bánh lái ở mọi góc độ. Phạm vi mô-men xoắn của ổ đĩa động cơ là lớn. Môi trường làm việc tốc độ cao, mô-men xoắn thấp của mặt đường bằng phẳng không tải cũng có các điều kiện hoạt động của leo trèo đầy tải, và cũng đòi hỏi hiệu quả vận hành cao. Theo các yêu cầu kỹ thuật trên, bài báo này chọn động cơ DC với công nghệ điều khiển trưởng thành và dễ dàng điều chỉnh tốc độ trơn tru khi thực hiện robot xử lý.
1 thiết kế phần cứng hệ thống
Cấu trúc phần cứng điều khiển động cơ robot 1.1
Bộ điều khiển chính sử dụng STM32F107 của lõi Cortex-M3. Có 8 bộ định thời bên trong bộ điều khiển, trong đó TIM1_CH1 và TIM8_CH1 là các chân hẹn giờ điều khiển nâng cao và TIM1_CH1 được sử dụng để đếm bộ mã hóa động cơ. TLM8_CH1 được sử dụng cho thời gian tham chiếu điều khiển điều khiển lái. Các chân hẹn giờ đa năng TIM2CH1, TIM3CH1, TIM4_CH1 và TIM5_CH1 được sử dụng để tạo ra các xung nhịp của thành cầu trên và dưới của mạch điều khiển động cơ và servo.
Cổng PA0 và cổng PB0 kích hoạt ngắt EXIT0 được sử dụng để bảo vệ ngắt quá dòng của động cơ và servo, tương ứng. Cổng PA1 và cổng PB1 kích hoạt ngắt EXIT1 được sử dụng để bảo vệ giới hạn ở cả hai phía của servo. Mạch điều khiển động cơ sử dụng chip tăng cường bootstrap IR2103 và MOSFET 75N75. Việc thu nhận dòng pha của động cơ bánh sau và servo được chuyển đổi thành điện áp bằng dây không đổi và được gửi đến chân lấy mẫu A / D của STM32F107 thông qua khuếch đại và lọc. ADC12_IN1 thực hiện bảo vệ quá dòng. Thông qua giao tiếp nối tiếp của máy tính chủ hoặc tham chiếu tốc độ chương trình nội bộ STM32F107, điều khiển tiến và lùi, tốc độ và lái của động cơ. Sơ đồ khối của cấu trúc phần cứng của động cơ robot xử lý.
1.2 Lựa chọn và thiết kế mô-đun
1.2.1 Thiết kế chạy bằng điện
Nguồn cung cấp năng lượng của động cơ được cung cấp bởi pin 24V với công suất định mức 240W, được thực hiện bởi bốn mạch cầu 75N75. 75N75 là một ống năng lượng MOSFET có điện áp chịu được tối đa 75V, định mức dòng tối đa 75A và mạch điều khiển động cơ.
Q1, Q4, Q2 và Q3 tạo thành hai cây cầu tương ứng điều khiển vòng quay tiến và lùi của động cơ. Khi bóng bán dẫn MOS điều khiển phía cao được bật, điện áp nguồn và điện áp thoát là như nhau và bằng với nguồn cung cấp điện VCC. Do đó, để đạt được sự điều khiển bình thường của bóng bán dẫn MOS, điện áp cổng lớn hơn VCC, đòi hỏi một chip tăng cường đặc biệt IR2103. . Tín hiệu PWM được tạo bởi bộ điều khiển là đầu vào của chân HIN và EN1 và EN2 của đầu ra cổng I / O của bộ điều khiển được sử dụng làm tín hiệu cho phép. Đầu ra HO có thể có được điện áp cao hơn VCC và giá trị điện áp cao hơn chính xác là điện áp được nạp trên tụ điện. Diode tăng tốc độ dẫn, làm cho điện trở trên của 75N75 nhỏ hơn và giảm tổn thất của ống chuyển mạch. Đồng thời, hai cổng đầu ra HO và LO của IR2103 có chức năng khóa liên động để ngăn ngừa đoản mạch do sự truyền thẳng của cánh tay trên và dưới của động cơ do lỗi phần mềm hoặc phần cứng.
1.2.2 Thiết kế bảo vệ quá dòng
Việc lắp đặt bảo vệ quá dòng trong hệ thống điều khiển động cơ có hai ý nghĩa: một là để ngăn chặn động cơ bị quá tải hoặc bị chặn trong quá trình hoạt động bình thường của động cơ, do đó dòng điện của cuộn dây phần ứng quá lớn để làm hỏng động cơ hoặc thậm chí gây ra Một đám cháy; Khi chuyển động của vai được bắt đầu, dòng điện rất lớn và thường không thể bắt đầu trực tiếp. Cần phải chờ cuộn dây kích thích dần dần thiết lập từ trường và sau đó hoạt động bình thường, và điều mong muốn là động cơ được di chuyển nhanh nhất có thể. Với bảo vệ quá dòng, dòng điện được cắt nhỏ, cho phép động cơ khởi động an toàn và nhanh chóng. Sơ đồ bảo vệ quá dòng được thể hiện trong Hình 3.
Dòng pha của động cơ được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp Vtext bằng dây không đổi và đại lượng tương tự AD1 được khuếch đại bởi bộ khuếch đại hoạt động được gửi đến mô đun chuyển đổi A / D của bộ điều khiển và đại lượng kỹ thuật số EVA sau khi so sánh bằng bộ so sánh điện áp được gửi đến bộ điều khiển. Cổng ngắt ngoài.
