隨著(zhù)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(dòng)是現代機器人研究的一個(gè)重要方向。搬運機器人在導航尋跡中，需要后輪驅動(dòng)電機和前輪舵機的協(xié)調工作。搬運機器人電機驅動(dòng)有其特殊的應用要求，對電機的動(dòng)態(tài)性能要求較高，能在任意時(shí)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(dòng)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(huán)境，也有滿(mǎn)負載爬坡的運行工況，同時(shí)還要求保持較高的運行效率。根據以上的技術(shù)要求，本文選用了控制技術(shù)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(dòng)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(gè)75N75組成橋式電路來(lái)實(shí)現。75N75是MOSFET功率管，其最高耐壓75V，最高耐流75A，電機驅動(dòng)電路如圖2所示。

Q1、Q4和Q2、Q3分別組成兩個(gè)橋路，分別控制電機的正轉和反轉。高端驅動(dòng)的MOS管導通時(shí)源極電壓和漏極電壓相同且都等于供電電樂(lè )VCC，所以要實(shí)現MOS管正常的驅動(dòng)，柵極電壓要比VCC大，這就需要專(zhuān)門(mén)的升壓芯片IR2103�？刂破鳟a(chǎn)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(kāi)關(guān)管的損失。同時(shí)IR2103的兩個(gè)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(guò)流保護的設計

在電機控制系統中安裝過(guò)流保護有兩方面的意義：一是防止在電機正常運行時(shí)，電機出現超載或堵轉而使得電樞繞組電流過(guò)大損害電機甚至引發(fā)火災；另一方面是由于電機肩動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流很大，往往不能直接啟動(dòng)，既需要等勵磁繞組逐漸建立磁場(chǎng)后再正常運行，又希望電機以盡量快的速度肩動(dòng)起來(lái)。有了過(guò)流保護對電流進(jìn)行斬波，可以使電機安全快速地啟動(dòng)。過(guò)流保護原理圖如圖3所示。

電機的相電流通過(guò)康銅絲轉換成電壓信號Vtext，經(jīng)過(guò)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(shí)將經(jīng)過(guò)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(dòng)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(shí)時(shí)操作系統μC／OS-II，將程序分成啟動(dòng)任務(wù)、電機轉速控制任務(wù)、舵機控制任務(wù)等相對獨立的多個(gè)任務(wù)，并設定了各任務(wù)的優(yōu)先級。該系統能較好地實(shí)現搬運機器人的運動(dòng)控制。