지속적인 인건비 증가로 인력 대신 로봇을 사용하여 반복적 인 높은 강도의 노동을하는 것이 현대 로봇 연구의 중요한 방향입니다. 핸들링 로봇은 내비게이션 추적에서 후륜 구동 모터 및 전륜 조향 기어의 작업을 조정해야합니다. 핸들링 로봇의 모터 드라이브는 특별한 적용 요구 사항을 가지고 있습니다. 모터의 동적 성능에 대한 높은 요구 사항이 있습니다. 언제든지 제어에 필요한 특정 위치에 도달 할 수 있으며 모든 각도에서 조향 기어를 멈출 수 있습니다. 모터 드라이브의 토크 범위가 큽니다. 무부하 평탄한 도로 표면의 고속, 저 토크 작업 환경은 전 부하 등반의 작동 조건을 가지며 또한 높은 작동 효율을 요구합니다. 위의 기술 요구 사항에 따라이 문서에서는 성숙한 제어 기술이 적용된 DC 모터를 선택하고 처리 로봇의 구현과 같이 속도 조절이 원활 해졌습니다.
1 시스템 하드웨어 설계
1.1 로봇 모터 제어기 하드웨어 구조
주 컨트롤러는 Cortex-M3 코어의 STM32F107을 사용합니다. TIM1_CH1 및 TIM8_CH1은 고급 제어 타이머 핀이며 TIM1_CH1은 모터 엔코더 카운팅에 사용됩니다. TLM8_CH1은 조향 제어 제어 기준 시간으로 사용됩니다. 범용 타이머 핀 TIM2CH1, TIM3CH1, TIM4_CH1 및 TIM5_CH1은 각각 모터 및 서보 드라이브 회로의 상부 브리지 벽 및 하부 브리지 벽의 PWM을 생성하는 데 사용됩니다.
EXIT0 인터럽트를 트리거하는 PA0 포트와 PB0 포트는 각각 모터와 서보의 과전류 인터럽트 보호에 사용됩니다. EXIT1 인터럽트를 트리거하는 PA1 포트와 PB1 포트는 서보 양쪽의 제한 보호에 사용됩니다. 모터 구동 회로는 부트 스트랩 부스터 칩 IR2103과 MOSFET 75N75를 채택한다. 후륜 모터와 서보의 위상 전류 수집은 콘스탄트 와이어에 의해 전압으로 변환되고 증폭 및 필터링을 통해 STM32F107의 A / D 샘플링 핀으로 보내집니다. ADC12_IN1은 과전류 보호 기능을 구현한다. 호스트 컴퓨터 직렬 통신 또는 STM32F107 내부 프로그램 속도 레퍼런스를 통해 모터의 정방향 및 역방향, 속도 및 조향 조종을 제어합니다. 핸들링 로봇 모터의 하드웨어 구조 블록 다이어그램.
1.2 모듈 선택 및 디자인
1.2.1 전원 기반 설계
모터의 전원 공급 장치는 네 개의 75N75 브리지 회로로 구현되는 정격 전력이 240W 인 24V 배터리로 제공됩니다. 75N75는 75V의 최대 내전압, 75A의 최대 전류 정격 및 모터 구동 회로를 갖춘 MOSFET 전력 튜브입니다.
Q1, Q4, Q2 및 Q3은 각각 모터의 정 회전 및 역 회전을 제어하는 두 개의 브리지를 형성합니다. 하이 사이드 구동 MOS 트랜지스터가 턴온 될 때, 소스 전압과 드레인 전압은 동일하고 전원 VCC와 동일하다. 따라서 MOS 트랜지스터를 정상적으로 구동하려면 게이트 전압이 VCC보다 커서 특별한 부스트 칩인 IR2103이 필요하다. . 컨트롤러에서 생성 된 PWM 신호는 HIN 핀에 입력되고 컨트롤러 I / O 포트 출력의 EN1 및 EN2는 활성화 신호로 사용됩니다. 출력 단자 (HO)는 VCC보다 더 높은 전압을 얻을 수 있고, 더 높은 전압 값은 정확히 커패시터 양단에 충전 된 전압이다. 다이오드는 전도 속도를 증가시켜 75N75의 온 저항을 작게 만들고 스위칭 튜브의 손실을 줄입니다. 동시에, IR2103의 두 개의 출력 포트 HO 및 LO는 소프트웨어 또는 하드웨어 오류로 인해 모터의 상부 및 하부 아암의 스트레이트 스루 (straight-through)로 인한 단락을 방지하기위한 인터록 기능이 있습니다.
1.2.2 과전류 보호 설계
모터 제어 시스템에 과전류 보호 장치를 설치하는 것은 두 가지 의미가 있습니다. 하나는 모터의 정상 작동 중에 모터가 과부하되거나 막히는 것을 방지하여 전기자 권선의 전류가 너무 커서 모터를 손상시키지 못하게하는 것입니다 화재; 어깨 운동이 시작되면 전류가 매우 커서 직접 시작할 수없는 경우가 종종 있습니다. 여자 권선이 점차적으로 자기장을 확보하고 정상적으로 작동 할 때까지 기다릴 필요가 있으며 가능한 한 빨리 모터를 어깨쪽으로 움직이는 것이 바람직합니다. 과전류 보호 기능을 사용하면 전류가 잘 리며 모터가 안전하고 빠르게 시동 할 수 있습니다. 그림 3은 과전류 보호 회로도입니다.
콘덴서 와이어에 의해 모터의 상전류가 전압 신호 Vtext로 변환되고, 연산 증폭기에서 증폭 된 아날로그 량 AD1이 컨트롤러 A / D 변환 모듈로 보내지고, 전압 비교기 컨트롤러로 전송됩니다. 외부 인터럽트 포트.
