隨著人工成本的不斷升高，用機器人代替人力去做一些重復性的高強度的勞動是現代機器人研究的一個重要方向。搬運機器人在導航尋跡中，需要后輪驅動電機和前輪舵機的協調工作。搬運機器人電機驅動有其特殊的應用要求，對電機的動態性能要求較高，能在任意時刻到達控制需要的指定位置并且使舵機停止在任意角度；電機驅動的轉矩變化范圍大，既有空載平整路面行使的高速度、低轉矩工作環境，也有滿負載爬坡的運行工況，同時還要求保持較高的運行效率。根據以上的技術要求，本文選用了控制技術成熟，易于平滑調速的直流電機作為搬運機器人的執行饑構。
功率驅動的設計
電機的供電電源是由24V的蓄電池提供，額定功率為240W，由4個75N75組成橋式電路來實現。75N75是MOSFET功率管，其最高耐壓75V，最高耐流75A，電機驅動電路如圖2所示。
 
Q1、Q4和Q2、Q3分別組成兩個橋路，分別控制電機的正轉和反轉。高端驅動的MOS管導通時源極電壓和漏極電壓相同且都等于供電電樂VCC，所以要實現MOS管正常的驅動，柵極電壓要比VCC大，這就需要專門的升壓芯片IR2103。控制器產生的PWM信號輸入HIN引腳，控制器I／O口輸出的 EN1、EN2作為使能信號。輸出端HO就可得到比VCC要高的電壓，且高出的電壓值正好是充在電容兩端的電壓。二極管提高導通速度，使得75N75的導通電阻更小，降低了開關管的損失。同時IR2103的兩個輸出口HO、LO具有互鎖功能，防止由于軟件或硬件錯誤造成的電機上下橋臂直通造成短路。
過流保護的設計
在電機控制系統中安裝過流保護有兩方面的意義：一是防止在電機正常運行時，電機出現超載或堵轉而使得電樞繞組電流過大損害電機甚至引發火災；另一方面是由于電機肩動時啟動電流很大，往往不能直接啟動，既需要等勵磁繞組逐漸建立磁場后再正常運行，又希望電機以盡量快的速度肩動起來。有了過流保護對電流進行斬波，可以使電機安全快速地啟動。過流保護原理圖如圖3所示。
 
電機的相電流通過康銅絲轉換成電壓信號Vtext，經過運算放大器放大后的模擬量AD1送至控制器A／D轉換模塊，同時將經過電壓比較器比較后的數字量EVA送至控制器的外部中斷口。針對搬運機器人的前輪轉向舵機和后輪驅動電機的控制要求，采用以Cortex-M3為內核的STM32F107作為主控制器，采用嵌入實時操作系統μC／OS-II，將程序分成啟動任務、電機轉速控制任務、舵機控制任務等相對獨立的多個任務，并設定了各任務的優先級。該系統能較好地實現搬運機器人的運動控制。 |
