简介：本文针对基于在基于STM32对于三轴机械臂控制器设计中设计了控制电路板。本文记录对其在机械臂实际部件进行调试的过程。

关键词： STM32F103，机械臂，三轴，上下运动

➤01 机械臂控制器

1.简介

在基于STM32对于三轴机械臂控制器设计 中设计了控制电路板。本文记录对其在机械臂实际部件进行调试的过程。

本文记录了机械臂上下运动测试相关信息。

2.单片机软件

单片机软件所在目录：

D:\zhuoqing\window\ARM\IAR\STM32\Application\XQWF\2020\CNTSTM103\Src\main.c

➤02 上下运动控制

1.控制接口

（1）运动控制电机

A.控制器和接口

使用PSM3进行步进电机接口控制。包括有：Pulse,Dir,Enable三根线控制。其中Enable线时域肩关节和肘关节的步进电机的Enable是公用的。

驱动器 DM542 控制信号中，ENABLE施加信号时候（即：Enable施加电压），驱动器禁止工作。

^{▲ 步进电机接口}

在Enable施加信号的时候，驱动器输出禁止。驱动器上的红色LED点亮。

^{▲ Enable通电后}

B.步进电机

驱动机械臂上下运动的步进电机为 两相四线86步进电机86HBP80AL4 。它位于机械臂底座下，输出轴直接驱动丝杠旋转。

^{▲ 机械臂上下运动驱动步进电机}

它的外部引线定义为：

^{▲ 步进电机外部引线}

制作步进电机驱动器DM542与控制器的接口。

^{▲ 步进电机与控制板的接口}

（2）上下位置限制

^{▲ 机械臂上下限位}

将下限位置开关连入控制板的PP1端口；上限位传感器连入PP2 端口。

注意：位置开关的输出引脚与控制板的输出引脚顺序不是一致的。

限位开关的三条线的输出引脚功能定义：

PIN1	PIN2	PIN3
VCC	GND	SIGNAL

控制板上的接口定义为：

PIN1	PIN2	PIN3
VCC	SIGNAL	GND

2.控制口检测

（1）测试PSM3的输出波形

根据原理图，在control.h定义步进电机输出控制端口：

#define SM_PUL1         GPIOA,4
#define SM_DIR1         GPIOA,5
#define SM_PUL2         GPIOA,6
#define SM_DIR2         GPIOA,7
#define SM_PUL3         GPIOB,0
#define SM_DIR3         GPIOB,1
#define SM_ENABLE       GPIOC,15

在control.c: ControlInit(…)初始化控制端口：

OFF(SM_PUL1);
OFF(SM_DIR1);
OFF(SM_PUL2);
OFF(SM_DIR2);
OFF(SM_PUL3);
OFF(SM_DIR3);
OFF(SM_ENABLE);OUT(SM_PUL1);
OUT(SM_DIR1);
OUT(SM_PUL2);
OUT(SM_DIR2);
OUT(SM_PUL3);
OUT(SM_DIR3);
OUT(SM_ENABLE);

在main.c中输出相应的波形测试：

if(nCount & 0x1) ON(SM_PUL1);
else OFF(SM_PUL1);
if(nCount & 0x2) ON(SM_DIR1);
else OFF(SM_DIR1);
if(nCount & 0x4) ON(SM_PUL2);
else OFF(SM_PUL2);
if(nCount & 0x8) ON(SM_DIR2);
else OFF(SM_DIR2);
if(nCount & 0x10) ON(SM_PUL3);
else OFF(SM_PUL3);
if(nCount & 0x20) ON(SM_DIR3);
else OFF(SM_DIR3);
if(nCount & 0x40) ON(SM_ENABLE);
else OFF(SM_ENABLE);

（2）测试底座电机

根据 DM542 使用说明书，对DM542进行设置：

1）DM542驱动器工作电压： +24V；静态工作电流：30mA。
2）DM542设置开关：

SW1,2,3: OFF
SW4:OFF: 有半流设置。半流功能是指无步进脉冲500ms后，驱动器输出电流自动降为额定输出电流的70%，用来防止电机发热。
SW5,6,7,8:ON,OFF,ON,ON：电机每周步数：800.

通过将ENABLE信号关闭，工作电流 0.4A。
如果将SW4修改为：ON，工作电流约 1.5A。

通过输出PUL3脉冲（周围2ms，占空比50%），可以观察到步进电机上升和下降。

3）运动方向：

ON(SM_DIR3): Move Up
OFF(SM_DIR3): Move Down

3.上下位置传感器

（1）电路板对应管脚

^{▲ 上下位置接口}

注意：机械臂的下限位连入PP1, 机械臂的上限位连入PP2。

（2）软件管脚配置

STM32输入管脚分别为：

PS0:PA0: Input-Pin, Pull-Up
PS1:PA1: Input-Pin, Pull-Up

^{▲ STM32F103cb管脚配置}

➤03 运动控制

1.运动中断程序

构建中断程序ArmMoveUpDownISR()完成对于机械臂上下运动脉冲输出以及位置上下限的检测。

接口函数：

ArmMoveUp()：机械臂运动到最上面机械位置；
ArmMoveDown(): 机械臂运动到最下面极限位置；

使用系统1ms中断程序输出步进电机的脉冲，脉冲频率为500Hz。上下运动速度有些缓慢：

上下限位之间的距离：14.5厘米；
上下限位之间的运行时间：23秒。

下面通过提高输出中断程序频率来提高运动速度。

2.修改中断程序

中断频率：10kHz
驱动器细分设置：SW5,6,7,8: OFF，OFF，ON， ON；每周1600脉冲。

运动上下中断次数：46300（左右）

运行时间：4.6秒

➤※ 结论

对于机械臂的上下运动进行了软件和硬件调试，设置了相应的调用程序。

■ 相关文献链接:

基于STM32对于三轴机械臂控制器设计
DM542
两相四线86步进电机86HBP80AL4

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