双轴机械臂调试：步进电机42HS348E,BH32角度传感器，MCU:STC8H1K28

 ■ 前言

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这款双轴机械臂是应用于实验室中进行自动样品转换的执行机构。为了能够在一定范围内将试剂瓶（试管） 完成自动搬运，需要完成对样品的抓取，提升和放下、水平移动（二维） 等功能。使用带有肘关节、肩关节以及上下移动关节的机械平台可以完成这项设计。

在基于STC8H1K28双轴机械臂驱动模块 给出了对肩关节、肘关节上的步进电机、角度传感器读取和控制模块的设计。本文下面就是利用该模块对机械臂进行运动控制。

^{▲ 双轴机械臂的外观}

 

01联线配线

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1.步进电机和角度传感器接口

(1) 步进电机引线

引出4PIN的接口，分别定义为：

PIN	符号	功能	颜色
PIN1（MARK）	PU+,DR+,MF+	三个控制端口的公共电源线	红，蓝，棕
PIN2	PU-	脉冲输入	黄
PIN3	DIR-	方向输入	黑
PIN4	MF-	势能输入	绿

上述定义的四线插头可以接入基于STC8H1K28双轴机械臂驱动模块中的PANGx(角度传感器端口)。

(2) BH38角度传感器接口

引出4PIN接口，定义为：

PIN	符号	功能	颜色
PIN1(MARK)	+5V	工作电源	棕：BROWN
PIN2	0V	电源地	蓝：BLUE
PIN3	A+	485总线A+	黑：BLACK
PIN4	B-	485总线B-	白

另外两个引线置零（RED），编程（黄）不再接入端口。

(3) 通道分配

在基于STC8H1K28双轴机械臂驱动模块¹具有两个通道的步进电机控制和角度传感器。将通道1（步进电机控制、角度传感器读取）分配给肩关节；将通道2（步进电机控制，角度传感器读取）分配给肘关节。

2.连接控制模块

按照上述的通道方案，将肘关节、肩关节的部件电机驱动端口、角度传感器端口分别进入实验电路板的相应的端口。具体参见上面的“通道分配”中的示意图。

^{▲ 控制模块与关节步进电机和角度传感器相连}

3.WiFi调试

^{▲ 连接有WiFI调试下载器的系统}

4.步进电机工作电源

在 STC8K28步进电机ULC2003触发器 测试两个步进电机需要供电电压大于15V，这里使用电源24V开关电源进行供电。

^{▲ 供电电源：24V，+5V}

电源同时提供+5V，+24V 电压。供电电流最大4.6A。

使用ADJ电位器可以同时提高和降低输出的+5V, +24V电压。

 

02初步运动控制²

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直接利用在基于STC8H1K28双轴机械臂驱动模块中的串口命令，通过WiFi调试界面发送指令控制双轴机械臂运动。

1.控制肘关节运动

通过串口命令step2实现肘关节的运动:

step2 2000
step2 -2000

^{▲ 肘关节运动}

2.控制肩关节运动

step1 1000
step1 -1000

^{▲ 肩关节运动}

通过上面肩关节和肘关节运动情况来看，证明了以下两方面的事实：

1. 42HS48EIS的闭环步进电机。这款步进电机在带动负载运动过程中，不会丢步，并对位置（步数）进行闭环跟踪控制。那么42HS48EIS的闭环控制特性究竟是什么？这需要进一步通过它的数据手册来了解。
2. 在肩关节和肘关节中，存在着较大的振荡情况。这主要是运动手臂本身转动惯量所引起的。那么在后面的控制指令中如何进一步来消除这种过冲，需要在算法上来实现运动阻尼。

^{▲ 肩关节运动对应的角度变化数值}

^{▲ 肘关节运动对应角度变化}

3.肩关节与肘关节角度极限

通过将肩关节和肘关节的电机使能取消，手动将肩关节和肘关节旋转的极限位置。使用串口命令angle，可以获得在各个极限位置下角度的数值。

肘关节顺时针旋转，角度变化为：14526 --> 1122

^{▲ 肘关节的角度变化范围}

肩关节顺时针旋转，角度变化为：3810 -->10800

^{▲ 肩关节角度范围}

#!/usr/local/bin/python # -*- coding: gbk -*- #============================================================ # TEST2.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2020-08-09 # # Note: #============================================================ from headm import * from tsmodule.tsstm32 import * angle = [] for i in range(100): stm32cmd("CLEAR") stm32cmd("step2 320") time.sleep(1) stm32cmd('showa2 1') val = stm32memo(1) angle.append(val) plt.plot(angle) plt.xlabel("Sample") plt.ylabel("Angle") plt.grid(True) plt.tight_layout() plt.show() #------------------------------------------------------------ #        END OF FILE : TEST2.PY #============================================================ 

^{▲ 肘关节运动与角度之间的关系}

★ 在调试过程中，肘关节电机输出与机械部分滑脱了，现在已经无法带动大臂旋转。

 

※ 结论

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将基于STC8H1K28双轴机械臂驱动模块与双轴机械臂组装，进行了初步的调试。需要进行如下的改动：

1. 对于控制序号结合速度和位置来消除运动中的振荡；
2. 在肩关节在调试过程中输出与大臂之间滑脱。需要在机械结构上能够进一步避免这种情况的产生。

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1. 控制模块AD工程文件:AD\XQWF\2020\机械臂\CNT2AXESSTC8H.PcbDoc ↩︎

2. 单片机C51控制程序:C51\STC\Project\XQWF\2020\STC8H2AXES\STC8H2AXES.uvproj ↩︎

本文地址：https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/107895504