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基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

程序员文章站 2022-03-23 22:03:26
➤ 01背景在 组装肩部带有减速器双轴机械臂组装与调试 的调试基础上,对于 两轴机械臂+机械爪整体控制板设计与机械爪控制调试 的双轴空集基本定型。除此之外增加了升降步进电机的控制。这个版本在之前的调试基础之上,将控制器的主要MCUGG换成STM32。考虑到:将UART增加到三个,可以实现调试、角度传感器、外部RS232通信等方面的功能;对于输出脉冲进行终端控制。提高内部RAM容量,为控制功能提供硬件资源。➤ 02硬件设计为了加速升级,将硬件控制设计成两部分:...

 

01背景


组装肩部带有减速器双轴机械臂组装与调试 的调试基础上,对于 两轴机械臂+机械爪整体控制板设计与机械爪控制调试 的双轴空集基本定型。除此之外增加了升降步进电机的控制。

这个版本在之前的调试基础之上,将控制器的主要MCUGG换成STM32。考虑到:

  • 将UART增加到三个,可以实现调试、角度传感器、外部RS232通信等方面的功能;
  • 对于输出脉冲进行终端控制。
  • 提高内部RAM容量,为控制功能提供硬件资源。

● 第一版本设计错误

  • MCU缺少DIR1,DIR龙哥485总线方向控制的信号。

 

02硬件设计


为了加速升级,将硬件控制设计成两部分:

  1. 核心板:包括有MCU,调试接口,3.3V电源。
  2. 接口板:对角度传感器 角度编码器 ST-3806-15-RS 读写所使用的MODBUS总线(RS485+MODBUS协议),RS232接口,舵机接口,2003达林顿接口。

1.核心板设计1

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 原理图设计

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 单面PCB板图设计

2.端口定义

(1) IO口

从左到右:PIN1 ~ 10

PIN1 PIN2 PIN3 PIN4 PIN5 PIN6 PIN7 PIN8 PIN9 PIN10
PS1 PS2 IO0 IO1 IO2 IO3 IO4 IO5 IO6 SERVO1

(2) 串口

从左到右:PIN1~ 6

PIN1 PIN2 PIN3 PIN4 PIN5 PIN6
+5V GND RXD2 TXD2 RXD3 TXD3

(3) 按键接口

从左到右: PIN1 ~ 6

PIN1 PIN2 PIN3 PIN4 PIN5 PIN6
+5V GND KEY1 KEY2 KEY3 KEY4

3.初步焊接与组装

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 快速制版的印刷电路板

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 对PCB板线路使用烙铁镀上锡

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 焊接TQFP48 STM32C103F8C6

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 焊接TQFP48 STM32C103F8C6

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 焊接TQFP48 STM32C103F8C6

3.接口板设计

(1) 原理图和PCB版图设计2

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 原理图

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ PCB板图640

(2) 焊接组装

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 焊接制作后的电路板

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 外部接口定义

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 组装在一起的电路板

 

03初步调试


1.硬件调试

(1) 上电测试

  • 板上电源施加+5V,电流:38mA。
  • U3 AS1117:输出电压 3.292V。

(2) 下载程序

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ STM32的配置

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 下载程序

(3) 舵机控制脉冲

舵机的信号:

  • 50Hz,脉冲宽度:1ms~2ms
  • 极性是负极性。适合通过外围的反向输出缓冲。

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 输出SERVO的脉冲

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 设置输出极性反过来

 

04接口板调试


在核心板调试的基础配合下,对接口板进行相应的调试。

1.控制串口

(1) 接口协议

控制协议可以参见 机械臂底层通信协议说明 。通讯底层协议为:

  • 串行通信232逻辑电平
  • 波特率: 115200bps

(2) 接口连线

命令串口连入UART3.

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 接口电路图和PCB版图640

  • 制作三芯接口对应:
PSEN PIN1 PIN2 PIN3
DB9 PIN5 PIN3 PIN2
定义 GND TXD RXD
  • 三芯接口:白色标记点对应RXD(PIN3)

在上电后对于PSEN中的RXD(PIN3)测量,会有大约-8.9V的输出电压。确认接口芯片MAX202工作正常。

(3) 接口联通测试

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计

▲ 测试UART命令串口

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2020-10-23
#
# Note:
#============================================================

from head import *
import serial
from _ast import Or
from serial.serialutil import SerialException
sport = serial.Serial()
sport.baudrate = 115200
sport.timeout = 0.05
try:
    sport.port = 'COM10'
except:
    printf('Set sport port COM10 error. ')
try:
    sport.open()
except serial.serialutil.SerialException:
    printf('Open sport port COM10 error.')
else:
    printf('Open sport port COM10 Ok.')

while True:
    sport.write(b'U')
    time.sleep(1)

    ret = sport.read(100)
    printf(ret)

#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST1.PY
#============================================================

2.角度传感器

根据 角度编码器 ST-3806-15-RS 中给出的接口标准,对于ST-3806-15-RS制作5pins的100mil的接口(Male)。

表格:角度传感器接头定义

红/RD 黑/BK 绿/GN 黄/YE 白/WH
+5~24V 0V 485A+ 485B- SET

  1. 核心板AD工程文件:AD\XQWF\2020\机械臂\F103C8CNT.SchDoc * ↩︎

  2. 接口板的AD工程文件:AD\XQWF\2020\机械臂\CNTINTERFACE.PcbDoc ↩︎

本文地址:https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/109174987