基于TCP/IP的七自由度机械臂远程控制

　　Rhino XR-2机器人[1]是一个典型的机电一体化产品，它模拟人的上肢，肩关节可从-45到+135度旋转;肘关节可从-135到90 度旋转;手腕可以上下90度旋转，左右170度旋转，是一个具有7个自由度的机械臂系统。通过适当调节各关节，该机器人能够从指定位置抓取较小物体。为了实现远程控制，构建了基于TCP/IP网络的七自由度机械臂远程控制系统，如图1所示。通过该系统，连接在Internet网络上的任意客户端均可登录指定服务器获取操作权限实现对七自由度机械臂的远程控制，并通过视频网络服务器实时监控机械臂操作结果。

　　图1　七自由度机械臂远程控制系统

　　1.本地端控制系统设计

　　首先设计本地端控制器，由于每个关节单独由一个Brevel电机驱动，因此只要在本地端实现对各个电机的单独控制包括启动、停止、调速即可。

　　1.1基于 ZLG7289B的本地控制

　　ZLG7289B[2] 是周立功单片机发展有限公司自行设计的数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片，可直接驱动8 位共阴式数码管(或64 只独立LED)，同时还可以扫描管理多达64 只按键。ZLG7289B 内部含有显示译码器，可直接接收BCD 码或16 进制码CONTROL ENGINEERING China版权所有，并同时具有2 种译码方式。ZLG7289B 采用SPI 串行总线与微控制器接口，仅占用少数几根I/O 口线。

　　本例中采用AVRmega128单片机作为微控制器，通过ZLG7289B实现对键盘的操作，从而触发8个电机的不同动作，实现对机械臂的控制。AVR高端芯片MEGA128拥有53个IO口输出CONTROL ENGINEERING China版权所有，8个PWM输出口，8个外部中断，16位定时器与8位定时器各两个。它采用单指令周期，处理速度快，在满足I/O的情况下，足以满足电机控制的运算要求。利用该单片机产生8路PWM信号通过两个L298N驱动模块实现8个电机的驱动。每个L298N驱动模块包含2块电机驱动芯片L298N、16个保护二极管、4个电源滤波稳定电容、2个输入信号逻辑处理单元、4个控制电机输出插座。由于每个L298N芯片控制2个电机，则每个驱动模块可以控制4个电机，其实物图如图2所示。

　　图2 L298N驱动模块

　　为方便操作，使用了液晶显示模块LCMxxZK，其绘图显示画面提供一个64*256 点的绘图区域,电源操作范围宽(2.7V to 5.5V)，此外，低功耗设计可满足产品的省电要求同时与单片机的接口界面非常灵活。如图3所示，利用设计的单片机控制系统，根据液晶显示屏的提示通过键盘操作可以实现对机械臂的控制，同时操作结果通过液晶显示屏反馈给操作者。

　　图3　液晶屏与键盘