无MCU实现双轴机器人手臂控制器

发布时间: 2023-03-11 13:41:59 电子资讯发布人: 久芯网浏览量: 88

该电路的设计没有MCU，而是使用GreenPAK SLG46620芯片、两个Tower Pro SG90伺服电机和一个模拟操纵杆。机器人手臂广泛应用于机器人应用。它们可以做出类似人手的动作。机器人手臂可以是一个独立的应用程序，也可以是更大...

机器人手臂广泛应用于机器人应用。它们可以做出类似人手的动作。机器人手臂可以是一个独立的应用程序，也可以是更大的机器人系统的一部分。机器人手臂主要用于工业中的拾取和放置应用。它们也存在于移动安全摄像头和玩具中。

机器人手臂通常由几个可以旋转的关节连接的连杆组成。在这个项目中，我们将构建一个包括两个旋转关节的机器人手臂，一个用于x轴，另一个用于y轴。这些将由来自操纵杆的模拟信号控制。电路将设计为GreenPAK SLG46620芯片两个Tower Pro SG90伺服电机和一个模拟操纵杆（图1和图2）。

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图1。系统框图。（来源：瑞萨电子）

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图2:电路示意图。（来源：瑞萨电子）

该项目不需要微控制器，因为GreenPAK芯片包括构建能够独立控制伺服电机的静态IC所需的所有元件。

道德原则操作的

GreenPAK芯片将执行系统的所有功能。它从操纵杆的x输出端接收模拟信号，该信号在内部数字化并用作伺服电机的PWM信号。然后将输入通道更改为从操纵杆的y输出读取，并重复该过程。模拟信号将每10ms读取一次，在x和y输出之间交替。因此，每20ms读取一次信号，因此输出频率为50Hz。这适用于伺服电机的操作。

伺服电机

两台Tower Pro SG90伺服电机（图3）将用于构建机器人手臂。电机需要PWM信号来控制其旋转角度，旋转角度在0°到180°之间变化。当引入0.5 ms脉冲宽度时，电机旋转至0°。当脉冲宽度等于2.5 ms时，电机旋转至180°。因此，脉冲宽度必须在每20毫秒0.5–2.5毫秒之间，以获得0°和180°之间的角度。

图3。Tower Pro SG90伺服电机。（来源：瑞萨电子）

模拟操纵杆

模拟操纵杆因其价格低廉且易于连接而广泛应用于机器人应用。操纵杆由两个交叉放置的电位计组成（图4）。它提供三种输出：x、y和在中间的按钮。我们应用中的操纵杆将提供伺服系统的手动控制。

为了获得适合GreenPAK ADC规格的范围，游戏杆将使用芯片的VREF，而不是连接外部分压器。这将减少外部零件的数量。

图4。模拟操纵手柄模块。（来源：瑞萨电子）

绿色PAK设计

GreenPAK设计是在基于GreenPAK Designer软件，是Go Configure的一部分™ 软件中心(指向设计文件的链接). 该设计包括几个部分（图5）。

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图5。GreenPAK设计–矩阵0。（来源：瑞萨电子）

模拟MUX根据定义的时间间隔从两个不同的输出端接收信号。100Hz的脉冲发生器每10ms发出一次脉冲。x信号在前10ms接收，y信号在后10ms接收。

Pin8和Pin9被配置为连接到被配置为模拟多路复用器的PGA的模拟输入。来自Pin16的信号在其两个通道之间切换。当信号CH选择器设置为高电平时，读数来自引脚8，当信号CH选择开关设置为低电平时，来自引脚9。在将模拟信号转换为数字信号之后，从FSM0读取模拟信号。FSM0从ADC块的输出（ADC数据）获取其输入。FSM0配置为下降沿DLY。

延迟时间=（计数器值+1）/时钟。

时钟=256/2ms=128kHz

FSM0的CLK引脚通过EXT CLK0连接到CNT5输出，以获得128kHz，从而当从ADC接收到255的值时，输出的脉冲宽度为2ms。因此，CNT5的输出周期为7.8125µs，CNT5数据为210。

2-L0反相器和CNT6定义了100 Hz发生器，该发生器每10毫秒发出一次脉冲，以便每20毫秒向两个伺服电机输出PWM信号。发生器的输出触发CNT9，该发生器被配置为作为下降沿DLY工作，延迟时间为0.5毫秒。CNT9的输出触发FSM0输出宽度为FSM数据+0.5的信号，该信号将在0.5到2.5毫秒之间。这通过LUT传递到合适的伺服。

CNT0用于为每个工作周期提供2.5毫秒的脉冲宽度，作为将信号输出到伺服电机（依次为每个伺服电机）的最大允许时间帧，以防止任何错误。

DFF0、2-L1、3-L2用于控制输入通道，其中每10ms在PGA的通道1和2之间周期性地进行切换。Pin6外部连接到Pin16，Pin16连接到PGA的CH选择器引脚。

4位LUT0、3位LUT03位LUT1和2-L2构成多路分解器，将PWM信号传递给请求的伺服电机（图6）。

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图6。LUT配置。（来源：瑞萨电子）

当CH选择器信号为HIGH（高）时，读数来自通道1到Pin8，修改后的PWM信号通过Pin4传递到x伺服电机。当CH选择器设置为LOW（低）时，读数来自通道2，信号传递至Pin5，然后传递至y伺服电机。

从循环开始经过2.5 ms后，通道随CNT0输出的下降沿改变，以在下一个循环开始时输出脉冲（见图7）。这为信号读取和稳定性提供了充足的时间。

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图7。时序图。（来源：瑞萨电子）

为了防止信号小（小于40mV）时ADC中出现任何错误，使用DCMP0将ADC值与寄存器0进行比较。如果该值小于9，则角度将被视为0°，CNT9的输出将直接传递到请求的伺服电机。

操纵杆来自GreenPAK芯片内的VREF0，因此操纵杆读取的信号在ADC的操作范围内。VREF0连接到引脚19，其中源选择器设置为ACMP0，调整为1200 mV。操纵杆包含一个按钮，可用于其他功能。使用CNT8构建去模糊器，并通过Pin20输出改进的信号。引脚12配置为低压数字输入，因为操纵杆电压为1200 mV（图8）。

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图8。GreenPAK设计–矩阵1。（来源：瑞萨电子）