基于ARM 的浆果采摘机械手运动控制研究

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                    　　摘? 要：以ARM微处理器为核心，构建浆果采摘机械手的运动控制系统。并对该系统的硬件和软件分别进行设计，提出了一种能反馈的闭环控制方案。该控制系统具有模块化、易扩展、可移植、硬件体积小、功耗低、实时性强和可靠性高等优点。
　　随着计算机和自动控制技术的迅速发展，农业机械将进入高度自动化和智能化时期。浆果采摘机器人的应用可以提高劳动生产率和产品质量，改善劳动条件，解决劳动力不足等问题。浆果采摘机器人主要由机械手及末端执行器、视觉及决策系统、控制系统等部分组成。本文将阐述如何利用ARM 微处理器实现浆果采摘机器手的运动控制。
　　本控制系统采用ARM（Advanced RISC Machine）微处理器，其与单片机和DSP 等相比具有很强的通用性，以其高速度、高性价比和低功耗等优点被广泛应用于各个领域。
　　1 控制系统功能要求
　　浆果采摘机器人的主要执行部分———机械手分为手臂和手腕两部分。机械手如何躲避障碍物并能准确到达果实目标的位置是由机械手的自由度决定的，通常机械手在空间的位置和运动范围主要取决于手臂部分的自由度，为了使机械手能够到达空间的任一指定位置，其手臂部分至少应具有3 个自由度。手腕部分自由度主要是用来调整末端执行器在空间的姿态，为了使末端执行器在空间也能取得任意要求的姿态,在理论上要求手腕部分也应具有3 个自由度。其示意简图如图1 所示。






　　2.1 主控制模块设计
　　为了能够满足机器人控制需求，同时兼顾机器人对控制器体积、重量、功耗等敏感特性的要求，主控制模块采用Samsung 公司基于ARM920T 核（适用于实时环境） 的低功耗、16/32bit、高性能的RISC 微处理器S3C2410，其主频为266MHz。操作系统则选用源码公开、专为ARM 设计，可靠性高的实时、多任务内核arm-Linux。
　　要使微处理器能够正常工作，必须对其外围进行扩展，图3 所示为实现整个ARM 主控制模块的硬件系统原理图。






　　4 结束语
　　基于ARM 的运动控制系统是浆果采摘机器人系统的一个重要组成部分。ARM 微处理器性能好、功耗低、体积小、移植性较好。以ARM 微处理器为核心的运动控制系统可以通过硬件平台的改进和升级、软件算法的再生和模块化使整个控制系统具备可移植性，具有一定应用价值。