搬运机器人电机舵机控制器设计与实现

面对人工成本攀升的现实，机器人在替代人力进行重复性高强度劳动领域的研究日益深入。特别是在搬运机器人领域，其导航和路径追踪的实现依赖于后轮驱动电机与前轮舵机的精准协作。这些电机驱动系统需满足特殊应用需求，具备卓越的动态性能，能够在任何时刻精确到达指定位置，并使舵机在任意角度稳定停下。同时，电机驱动需具备宽范围的转矩变化能力，适应高速空载行驶和重载爬坡等不同工况，并保持高效能。基于这些技术挑战，本研究选取了控制技术成熟、调速平滑的直流电机作为搬运机器人的执行机构。

在硬件设计方面，机器人电机控制器采用了基于Cortex-M3内核的STM32F107主控制器。该控制器内置8个定时器，其中TIM1_CH1和TIM8_CH1用于电机编码器计数和舵机控制基准时间，TIM2CH1、TIM3CH1、TIM4_CH1、TIM5_CH1则用于电机和舵机驱动电路的PWM信号产生。PA0口和PB0口用于电机和舵机的过流中断保护，PA1口和PB1口用于舵机限位保护。电机驱动电路通过自举升压芯片IR2103和MOSFET管75N75实现，电流采集通过康铜丝转换为电压，并经放大滤波后送至STM32F107的A/D采样引脚，以实现过电流保护。皖南电机 上位机串口通信或内部程序速度给定，可控制电机正反转、速度和舵机转向。

在模皖南电机价格表块选择与设计上，电机供电由24V蓄电池提供，额定功率240W，通过四个75N75组成的桥式电路实现。Q1、Q4和Q2、Q3分别构成两个桥路，控制电机正反转。IR2103芯片提供高端驱动MOSFET的栅极电压，实现正常驱动，并具有互锁功能，防止短路。皖南电机价格表过流保护设计旨在防止电机超载或堵转，同时确保电机快速、安全启动。

软件设计方面，采用μC／OS-II实时操作系统，其内核小巧、可裁剪，支持任务调度、管理、时间管理、内存管理等功能。软件设计将应用程序拆分为多个相对独立的任务，包括启动任务、电机和舵机保护任务、上位机给定任务、电机转速控制任务和舵机控制任务。启动任务负责系统初始化、建立信号量和其他任务，电机转速控制任务通过增量式编码器实现闭环调速，舵机控制任务则确保舵机在规定时间内到达指定位置。

机电接口设计上，机器人舵机由直流电机和外接30：1减速机组成，绝对式位置编码器将舵机角度信号送至驱动器控制板。安徽皖南电机前轮通过传动杆与舵机相连，实现同步转动。后轮驱动电机直接与增量式编码器相连，经25：1减速机减速后，由机械差速器驱动后轮转动。皖南电机

综上所述，本研究成功实现了搬运机器人电机和舵机控制器的硬件设计，并在STM32F107上嵌入了μC／OS-II实时操作系统，完成了电机和舵机的转速闭环实验。通过Cortex-M3内核控制器和μC／OS-II系统的多任务实时性特点，为后续机器人图像视频采集和导航寻迹提供了坚实的软硬件基础。若进一步优化PI算法，实现电机速度和电流双闭环控制，将进一步提升机器人电机性能，拓展搬运机器人的应用前景。