禽蛋抓取控制系統(tǒng)的設計.pdf

1、本文在參考了大量的機器人特別是果蔬類采摘機器人的結構和控制系統(tǒng)后，以實現(xiàn)禽蛋加工的自動化為出發(fā)點，設計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、RS232通信電路、下位機、電機驅動電路、步進電動機、旋轉光電編碼器、倍頻電路、接近開關電路和電磁閥控制電路組成，具有構建數(shù)據(jù)通信通道、驅動步進電機、電機轉速及定位的反饋和抓取禽蛋的功能。PC機作為上位機，指揮和監(jiān)督下位機即單片機的工作。通信電路為上位機和下

2、位機的通信提供通道，以MAX232芯片為核心構成多機通信系統(tǒng)，負責傳輸上位機和下位機之間的數(shù)據(jù)。下位機采用與MCS-51兼容的AT89S52單片機，該機是低功耗，8位CMOS工藝處理器，具有8K的在線可編程Flash存儲器，片內Flash存儲器可以多次編程。電機驅動電路以L298N芯片構成，L298N內部包含4通道邏輯驅動電路，是一種二相和四相電機的專用驅動器，可驅動46V、2A以下的電機。步進電動機采用四相混合式步進電機，步距角0.9

3、°/1.8°，保持轉矩為0.54N·m，定位轉矩0.025N·m，重量為0.36磁。步進電動機采用閉環(huán)控制，選擇旋轉光電編碼器作為反饋元件，旋轉光電編碼器旋轉一周可以產生100個脈沖，本文的步進電動機旋轉一周需要400個脈沖，因此在旋轉光電編碼器的輸出端增加了倍頻電路，使旋轉光電編碼器旋轉一周發(fā)出400個脈沖，提高閉環(huán)控制精度。當吸盤靠近禽蛋時接近開關電路發(fā)出低電平信號，單片機接收信號后由電磁閥控制電路使電磁閥失電，吸盤內的氣壓降低，將

4、禽蛋吸取。 軟件包括上位機和下位機程序，具有交換數(shù)據(jù)、電機定位控制、電機轉速調節(jié)功能。首先，利用VC++6.0軟件設計上位機的通信程序，包含一個簡單的界面，可以輸入整數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機；其次，利用Keil軟件設計下位機程序，下位機主要包括下位機通信程序、步進電機升降頻程序、PID轉速控制程序。下位機通信程序負責下位機與上位機的通信，當上位機發(fā)送地址時判斷是否為本機地址，然后決定是否應該接受數(shù)據(jù)。升降頻程序采用指數(shù)升降頻方法，符合

5、步進電機矩頻特性，保證步進電機在短時間內達到最高運行轉速。PID轉速控制程序負責電機轉速的調節(jié)。應用PID轉速控制程序后，顯著的提高了步進電動機轉速調節(jié)的動態(tài)性能指標。PID控制參數(shù)是通過建立步進電動機的二階數(shù)學模型后，應用Simulink進行數(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，積分時間T<,i>=0.081，微分時間T=0.068)。 試驗表明，系統(tǒng)對步進電動機轉速能實時檢測和控制，調節(jié)時間短，轉