基于LPC55S69的TARM机械臂下位机控制卡，针对液体搬运环境优化

（一）作品介绍

该参赛作品为针对液体搬运环境优化的机械臂下位机运动控制卡。针对日常生活中一个常见的场景——搬运液体（俗称“端水”），设计一项高效平稳的控制算法，配合自主开发的控制器驱动板卡，驱动自制的机械臂到达目标位置，使该算法达到高效平稳搬运液体的目的。

机械臂外观：

控制卡驱动板：

由于年前突然被领导要求连上半个多月的班，导致开发计划被打乱，无法在家里进行实物调试，因此先基于板卡debug信息和引脚脉冲信息展示该控制卡功能。

（二）电气介绍

1、电机驱动模块选型。电机驱动模块采用DRV8825、A4988混合驱动。A4988是一款常见的步进电机驱动芯片，其模块广泛用于3D打印机的步进电机驱动，适合42步步进电机在负载不大的情况下驱动运行，因此可用于回转轴驱动，最重要的是，在两块DRV8825模块同时驱动的情况下，剩余功率不足以提供第三块DRV8825动作，经实测两块DRV8825与一块A4988能够正常运行。DRV8825是德州仪器的集成电机芯片，其模块设计兼容A4988，但稳定性更好，能够提供高达1.5A的电流，适合驱动负载稍大的步进电机，因此可用于驱动主轴和副轴。

2、位姿反馈方案设计。采用MPU6050六轴运动传感器，包含陀螺仪和倾角传感器，能够通过I2C与上位机通讯。在每次运动起始和完成阶段进行一次位姿矫正，防止运动误差累积。

3、旋转舵机选型及驱动方案设计。舵机采用MG996R型号的180°舵机，该舵机工作在4.8-7.2V之间，能够提供9.4kg/cm以上的拉力。为了满足驱动舵机的功率以及防止舵机运行时的电流涌浪，舵机采用额外的5V供电，驱动端口采用光耦IC隔离。光耦IC型号选择为PC817
夹持舵机选型。夹持舵机采用mg90，以减少机械臂末端承重。

4、供电体系设计。系统由12V直流电源供电，经过一块MP1584模块降压为5V直流电源，供给传感器与主控板卡。另外12V直流电源还通过另一块MP1584模块降压为5V向舵机供电。

5、上下位机通讯方案设计。由于受各种较大功率的设备影响，系统存在一定的电源涌浪，CH340G芯片以及主控板卡板载的DAP仿真器无法正常工作在这个电源体系下，因此需要采用更稳定的工业串口通讯方案——232通讯或者不受涌浪影响的透传蓝牙模块HC-06。

（三）程序组件介绍

• tarm_communication组件

负责对上下位机通讯。

外设启动了两个串口：FL0控制台串口、FL2设备串口。控制台串口位于板卡上；设备串口通过arduino型接口与驱动板连接，驱动板上可以通过跳帽选择使用RS232或者无线蓝牙模块作为传输介质。支持打断控制。

指令为自定义命令集，格式如下：

_&<命令><参数>;<命令><参数>;<命令><参数>

参数支持包括：

• tarm_time组件

负责对上下位机通讯。

定时器定时实现。timebase为第一套算法提供时基，该算法仅支持一般恒速运动，可以调节一次运动的速度；可以实现三轴联动；使用的时钟是CTIMER0。timepv使用时钟CTIMER1为第二套算法提供时基，该算法仅支持主轴、副轴联动；对运动过程有变速控制，为针对液体平稳搬运环境的优化算法。

SYSTICK时钟提供延时

CTIMER2提供速度仿真计时器时基，功能用于开发工程中评估算法消耗时间。

• tarm_limit组件

限位器组件

协助机械臂进行初始化定位。

限制机械臂运动行程。通过外部中断实现。触碰到限位器时，返回设定的零点。

• tarm_io组件

对脉冲输出端口、方向控制端口配置、初始化。控制主轴、副轴、绕Z旋转轴的三个步进电机。。

• Closeloop组件

反馈控制。通过硬件IIC总线访问MPU6050，校准运动误差，使运动误差不积累。在外部因素影响导致IIC硬接线断开时，能自动转化为开环模式。

• tarm_pwm组件

通过输出PWM控制夹持末端回转轴、夹持轴的舵机。

(详见原文：https://www.nxpic.org.cn/module/forum/thread-619023-1-1.html)