Selección de hardware y diseño de robots docentes.

Este controlador de robot utiliza "controlador principal + servocontrolador". El servocontrolador es responsable de completar el posicionamiento en circuito cerrado de una sola articulación. En el control de robots, se requiere que el movimiento sea estable y sin sobrepasos, por lo que el servocontrolador tiene una pesada tarea informática. El controlador principal completa principalmente todo el trabajo excepto el circuito cerrado de posición realizado por el servocontrolador, incluida la recepción de comandos desde la computadora host, el monitoreo y visualización del estado del robot, la interpolación de trayectoria espacial y el procesamiento integral de la información del sensor de acuerdo con un determinado algoritmo de control. . Por tanto, la tarea del supervisor también es muy pesada. La parte del amplificador de potencia del sistema se basa en el LMD18200. LMD18200 es un módulo de puente H especialmente diseñado para motores de CC lanzado por National Semiconductor. Se integran cuatro tubos DMOS en el mismo chip para formar un eje de accionamiento H estándar, y el motor de CC se puede accionar con unos pocos dispositivos externos. Su corriente de conducción instantánea puede alcanzar los 6 A, la corriente de funcionamiento normal puede alcanzar los 3 A y no hay corriente de "ruptura". LMD18200 proporciona modo de conducción bipolar y modo de conducción unipolar[4]. Debido a las grandes fluctuaciones de corriente bipolar y las grandes pérdidas de energía, el sistema utiliza un accionamiento unipolar.

El circuito de interfaz específico se muestra en la Figura 2 (el robot utiliza tres ruedas ortogonales omnidireccionales. El robot puede completar el movimiento en cualquier dirección mediante la cooperación de las tres ruedas. El diagrama espacial se limita a la correlación de una rueda). LM629 emite una señal PWM con ciclo de trabajo variable pero frecuencia fija en el pin PWM de acuerdo con el algoritmo de control PID, que se aplica a los cinco pines del LMD18200 mediante aislamiento óptico. El ciclo de trabajo de esta señal PWM pasa a través del LMD18200. Para reducir el impacto de la parte de la fuente de alimentación en la parte del controlador, las dos señales se conectan a través del dispositivo de aislamiento optoelectrónico TLP521, como se muestra en la Figura 2. Los pines 2 y 10 están conectados a la armadura del motor de CC. Cuando gira hacia adelante, la dirección de la corriente fluye del pin 2 al pin 10 y viceversa. Este circuito tiene alta potencia motriz, buena estabilidad, fácil implementación, tamaño pequeño, seguridad y confiabilidad. Para aumentar la confiabilidad del sistema y reducir la interferencia del circuito de alimentación debido a corrientes débiles, el sistema utiliza dos conjuntos de fuentes de alimentación sin conexión a tierra. El codificador fotoeléctrico del sistema mínimo S3C44B0X utiliza una fuente de alimentación de 3,3 V y una fuente de alimentación de 5 V, 1 grupo, y el grupo LMD18200 utiliza una fuente de alimentación de 24 V y una fuente de alimentación de 5 V. La transmisión de señales entre las dos fuentes de alimentación está aislada mediante el dispositivo de aislamiento optoelectrónico TLP521. La señal del codificador y la señal del reloj del LM629 están formadas por un disparador Schmitt. Además, se utiliza el módulo WDT del propio S3C44B0X.

Para reducir el consumo de energía del sistema, se han tomado las siguientes medidas (1): El controlador principal apaga los módulos periféricos no utilizados, como SPI, temporizador 1 e I2C. (2): El controlador principal controla el robot para que entre en el estado de frenado antes de alcanzar la posición designada sin ninguna tarea nueva (recibida a través del puerto serie). En este momento, el pin 4 del LMD18200 está configurado en el nivel lógico alto, el pin 5 está configurado en el nivel lógico bajo, todos los transistores en el puente H están apagados y cada terminal de salida solo tiene una corriente de polarización de aproximadamente 1,5 mA (3; ): El controlador principal se ejecuta. Después de completar el paso (2), ingresa al modo inactivo y se puede guardar su valor de registro. Cuando ocurre una nueva interrupción, activará el controlador principal y entrará en el estado de funcionamiento normal.

Para aumentar la confiabilidad del sistema, la protección contra sobrecorriente y sobrecalentamiento del sistema está diseñada utilizando la función de protección del LMD18200. LMD18200 tiene un circuito de medición incorporado con protección contra sobrecorriente. La señal de muestreo actual sale por el pin 8 del LMD18200, con un valor típico de 377 µcuartos. Conecte la resistencia R2 a tierra y controle la sobrecorriente de salida comparando el voltaje a través de la resistencia con un voltaje determinado. LMD18200 proporciona señal de alarma de temperatura. Cuando la temperatura de la unión del chip alcanza los 145 °C, el pin 9 del LMD18200 pasa a un nivel bajo. Estas señales de protección se transmiten al S3C44B0X después del aislamiento óptico para monitorear el sobrecalentamiento y la sobrecorriente.