檢測模塊基于應(yīng)變反饋的曲率檢測模塊由電橋電路、放大電路和濾波電路組成。以平面彎曲ESMAA曲率傳感為例，兩根相同半徑的SMA絲平行彈性棒軸線嵌入，平面彎曲內(nèi)嵌式SMA電機(jī)絲與棒的半徑分別為rs與Rr。其中，w1為回復(fù)絲，與棒軸線重合，記憶為U形。w2為恢復(fù)絲，偏心矩為d1，記憶為直線態(tài)。電機(jī)運行方向是確定的，可按圖示方法配置兩片應(yīng)變片G1和G2。當(dāng)電機(jī)運行時，G1受壓，而G2受拉，因G1和G2對稱粘貼，故二者電阻變化量相等，極性相反，由1/2電橋得到輸出電壓，經(jīng)放大濾波后送入DSP，通過軟件處理輸出一定占空比的PWM波。
初始化工作包括：初始化時鐘寄存器，與通用定時器相關(guān)的寄存器，A/D轉(zhuǎn)換模塊，串口通信模塊，以及關(guān)閉看門狗等。主程序流程圖中斷事件包括：通過定時器T2中斷采集應(yīng)變片信息及實現(xiàn)控制算法；通過T1和T3中斷產(chǎn)生PWM輸出，產(chǎn)生對ESMAA加熱電流進(jìn)行控制的脈沖；通過外部中斷實現(xiàn)鍵盤輸入，便于人機(jī)交換，完成各ESMAA單元電機(jī)的啟停及占空比增減等功能。機(jī)械手位置傳感器的電壓輸入通過放大、濾波后接入F2407片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換通道。在T2中斷發(fā)生后，A/D轉(zhuǎn)換模塊分別采集擬人手各指節(jié)的位置信息，采用分段多模式PI控制算法調(diào)整輸出加熱脈沖占空比。
TMS320F2407芯片工作時，在定時器連續(xù)增計數(shù)模式下，使能定時器的比較操作，通過設(shè)置定時器周期中斷，定時周期寄存器就可以產(chǎn)生連續(xù)的周期信號，再通過改變定時比較寄存器的值控制脈寬，即可產(chǎn)生任意調(diào)制的PWM波形。通過定時器T1與T3的周期中斷，產(chǎn)生6路PWM波形。在定時器周期中斷服務(wù)子程序內(nèi)，改變比較寄存器的值，從而改變PWM波形的占空比。在相關(guān)硬件配置條件下，初始化DSP的CPUCLK為10MHz，將定時器T1的周期寄存器T1PR設(shè)置為F000h，定時器T3的周期寄存器T3PR設(shè)置為F024h.T1產(chǎn)生的PWM信號的頻率等于40kHz，T3產(chǎn)生的PWM信號的頻率接近40kHz，使得在定時器T1和T3產(chǎn)生的PWM頻率在滿足設(shè)計要求前提下，不會同時產(chǎn)生中斷，導(dǎo)致沖突。
由于定時器T1周期中斷和定時器T3周期中斷共用了內(nèi)核的INT2第3級中斷。因此，在INT3中斷服務(wù)子程序中，先根據(jù)中斷向量偏移地址來判斷究竟是定時器T1/T3哪一個產(chǎn)生了中斷（即確定定時器中斷號），再轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序。并且，須編寫中斷保護(hù)和恢復(fù)代碼，在進(jìn)入ISR時，要對這些寄存器變量進(jìn)行堆棧保護(hù)；在ISR完成時，要對這些寄存器變量進(jìn)行堆棧恢復(fù)。
實驗結(jié)果為單指節(jié)的分段多模式PI階躍響應(yīng)結(jié)果。參數(shù)為：誤差閾值=2m-1，比例系數(shù)KP=0.05，積分系數(shù)KI=0.006，目標(biāo)曲率為18m-1，Umax為0.8，采樣周期T=15.4ms.超調(diào)量<2.0%，穩(wěn)態(tài)誤差小于0.5m-1。曲率誤差大于時，輸出最大加熱電流占空比，電機(jī)快速達(dá)到設(shè)定曲率，上升時間為0.55s.
階躍響應(yīng)實驗機(jī)械手由六臺單元樣機(jī)構(gòu)成，考慮到系統(tǒng)對響應(yīng)速度、穩(wěn)定性、定位精度有較高要求，經(jīng)操作與軌跡規(guī)劃后，對六指節(jié)同時控制，實現(xiàn)機(jī)械手協(xié)調(diào)運行與精確定位。試驗表明，機(jī)械手（限于篇幅，擬人手形圖略）基本能夠按照預(yù)期軌跡運動，但由于模型構(gòu)建與制作工藝上存在誤差，表現(xiàn)出指尖不完全到位或超過預(yù)定位置，且不能嚴(yán)格保證各指節(jié)在同一時刻到達(dá)預(yù)定位置等等，尚須通過進(jìn)一步的理論與實驗研究加以改進(jìn)。
|
