禽蛋抓取控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、本文在參考了大量的機(jī)器人特別是果蔬類(lèi)采摘機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)后，以實(shí)現(xiàn)禽蛋加工的自動(dòng)化為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了禽蛋抓取控制系統(tǒng)。 禽蛋抓取控制系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件是由上位機(jī)、RS232通信電路、下位機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)光電編碼器、倍頻電路、接近開(kāi)關(guān)電路和電磁閥控制電路組成，具有構(gòu)建數(shù)據(jù)通信通道、驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)轉(zhuǎn)速及定位的反饋和抓取禽蛋的功能。PC機(jī)作為上位機(jī)，指揮和監(jiān)督下位機(jī)即單片機(jī)的工作。通信電路為上位機(jī)和下

2、位機(jī)的通信提供通道，以MAX232芯片為核心構(gòu)成多機(jī)通信系統(tǒng)，負(fù)責(zé)傳輸上位機(jī)和下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)。下位機(jī)采用與MCS-51兼容的AT89S52單片機(jī)，該機(jī)是低功耗，8位CMOS工藝處理器，具有8K的在線(xiàn)可編程Flash存儲(chǔ)器，片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器可以多次編程。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以L298N芯片構(gòu)成，L298N內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用四相混合式步進(jìn)電機(jī)，步距角0.9

3、°/1.8°，保持轉(zhuǎn)矩為0.54N·m，定位轉(zhuǎn)矩0.025N·m，重量為0.36磁。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用閉環(huán)控制，選擇旋轉(zhuǎn)光電編碼器作為反饋元件，旋轉(zhuǎn)光電編碼器旋轉(zhuǎn)一周可以產(chǎn)生100個(gè)脈沖，本文的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需要400個(gè)脈沖，因此在旋轉(zhuǎn)光電編碼器的輸出端增加了倍頻電路，使旋轉(zhuǎn)光電編碼器旋轉(zhuǎn)一周發(fā)出400個(gè)脈沖，提高閉環(huán)控制精度。當(dāng)吸盤(pán)靠近禽蛋時(shí)接近開(kāi)關(guān)電路發(fā)出低電平信號(hào)，單片機(jī)接收信號(hào)后由電磁閥控制電路使電磁閥失電，吸盤(pán)內(nèi)的氣壓降低，將

4、禽蛋吸取。 軟件包括上位機(jī)和下位機(jī)程序，具有交換數(shù)據(jù)、電機(jī)定位控制、電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能。首先，利用VC++6.0軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)的通信程序，包含一個(gè)簡(jiǎn)單的界面，可以輸入整數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機(jī)；其次，利用Keil軟件設(shè)計(jì)下位機(jī)程序，下位機(jī)主要包括下位機(jī)通信程序、步進(jìn)電機(jī)升降頻程序、PID轉(zhuǎn)速控制程序。下位機(jī)通信程序負(fù)責(zé)下位機(jī)與上位機(jī)的通信，當(dāng)上位機(jī)發(fā)送地址時(shí)判斷是否為本機(jī)地址，然后決定是否應(yīng)該接受數(shù)據(jù)。升降頻程序采用指數(shù)升降頻方法，符合

5、步進(jìn)電機(jī)矩頻特性，保證步進(jìn)電機(jī)在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速。PID轉(zhuǎn)速控制程序負(fù)責(zé)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。應(yīng)用PID轉(zhuǎn)速控制程序后，顯著的提高了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。PID控制參數(shù)是通過(guò)建立步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的二階數(shù)學(xué)模型后，應(yīng)用Simulink進(jìn)行數(shù)字仿真而獲得的最優(yōu)控制參數(shù)(比例系數(shù)K<,P>=1.1，積分時(shí)間T<,i>=0.081，微分時(shí)間T=0.068)。 試驗(yàn)表明，系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速能實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制，調(diào)節(jié)時(shí)間短，轉(zhuǎn)